Magnetische Permeabilität


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Magnetische Permeabilitätszahl

Die magnetische Permeabilität \(\mu_r\) gibt an wie "durchlässig" ein Stoff für das magnetische Feld ist. Wie bereits oben bei einer stromdurchflossenen Spule erwähnt, kann ein Eisenkern innerhalb der Spule dazu führen, dass sich die magnetische Flussdichte innerhalb der Spule erhöht.

Die magnetische Flussdichte ist ist proprotional zur magnetische Feldstärke, dabei ist die Proportionalitätskonstante das Produkt aus magnetischer Feldkonstante \(\mu_0\) und der relativen Permeabilität \(\mu_r\)

\(B=\mu_0\cdot \mu_r\cdot H\)


Die relative Permeabilität \(\mu_r\) ist eine stoffspezifische Größe.

Eisen ist also in der Lage die magnetische Flussdichte zu erhöhen, es gibt aber auch Materialien welche die Flussdichte verringern. Im wenentlichen gibt es drei Arten von Materialen:

  • In sogenannten diamagnetischen Materialien ist \(\mu_r\lt 1\), die magnetische Flussdichte wird gegenüber einem äußeren magnetischen Feld verringert. Diamagnetische Stoffe sind unter anderem Wasser, Kupfer und Zink. Sie besitzen eine Permeabilität die geringfügig kleiner ist als die des Vakuums. Sie haben demnach das Bestreben ein Magnetfeld aus ihrem Inneren zu verdrängen. Wenn sie sich magnetisieren, dann stets in die entgegengesetzte Richtung zum äußeren Feld, daher ist \(\mu_r\) kleiner als \(1\).

  • In sogenannten paramagnetischen Materialien ist \(\mu\gt 1\), die magnetische Flussdichte wird gegenüber einem äußeren Feld leicht erhöht. Paramagnetische Stoffe sind unter anderem Sauerstoff und Aluminium. Die meisten Stoffe sind paramagnetisch, in einem äußeren Magnetfeld richten sich die atomaren magnetischen Momente so aus, dass sie das Feld vertärken. Sie ordenen sich parallel zum äußeren Feld an, die Magnetisierung ist positiv daher ist \(\mu\gt 1\).

  • In sogenannten ferromagnetischen Materialien ist \(\mu\gg 1\), innerhalb eines ferromagnetischen Stoffs wird die magnetische Flussdichte gegenüber einem äußeren Feld sehr verstärkt. Ferromagnetische Stoffe sind unter anderem Eisen, Nickel und Cobalt. Bei einer Magnetisierung von ferromagnetischen Stoffen, richten sich die atomaren magnetischen Momente parallel zum äußeren Feld an. Sie tun dies jedoch auf eine sehr verstärkte Weise, wodurch sie ein Magnetfeld sehr verstärken.



Supraleiter bilden ein Spezielfall im Magnetismus und in der Elektrizitätslehre. Sie haben eine relative Permeabilität von \(\mu_r=0\), wodurch die magnetische Flussdichte in ihrem Inneren vollkommen verschwindet. Supraleiter lassen einen magnetischen Fluss nicht durch, die Feldlinien verlaufen um den Supraleiter herum.


Hysterese

Bei der Magnetisierung von ferromagnetischen Stoffen kommt es zu einer sogenannten Hysterese. Im Allgemeinen spricht man von einer Hysterese wenn eine Änderung die aufgrund einer Ursache hervorgeht, erst verzögert Eintritt.

Bei der Magnetisierung von ferromagnetischen Stoffen ist nicht nur das äußere Feld von Bedeutung sondern auch der Anfangszustand des Materials.



In der unteren Abbildung ist das Magnetisierungsverhalten eines ferromagnetischen Stoffes (z.B Eisen) dargestellt.

Bringt man ein Eisenstab in ein Magnetfeld, so wird sich das Eisen verzögert Magnetisieren. Entfernt man das Eisen aus dem Magnetfeld, dann bleibt eine Restmagnetisierung genannt Remanenz \(B_R\) zurück. Das Eisen ist damit zum Permanentmagneten geworden. Schaltet man nun ein entgegengesetzt gepoltes äußeres Magnetfeld ein, so wird sich die Remanenz aufheben. Der Punkt \(H_K\) (Koerzitivkraft) der äußeren Feldstärke ist Betrag des an dem die Magnetisierung des Eisens komplett verschwindet.