Was ist Magnetismus?
Unser Universum, unsere Welt und die Natur um uns herum werden durch die vier Grundkräfte der Physik geprägt. Sie bestimmen die Wechselwirkung, die unterschiedliche Objekte aufeinander ausüben. Zu diesen Grundkräften gehört unter anderem die Gravitationskraft. Durch sie wechselwirken z.B. Mensch und Erde derart, dass wir auf der Erdoberfläche gehalten werden oder auf sie herunterfallen. Da diese Kräfte unseren Alltag und die Abläufe im Universum beherrschen, werden sie auch als die Naturkräfte bezeichnet.
Neben der Gravitationskraft gibt es die schwache und starke Wechselwirkung. Diese beiden Kräfte spielen hauptsächlich auf subatomarer Ebene eine Rolle. Im Gegensatz zur 4. Kraft, der elektromagnetischen Wechselwirkung, welche wir tagtäglich in unterschiedlichen Phänomen antreffen. Diese Kraft ist zum Beispiel dafür verantwortlich, dass wir nicht durch den Boden fallen, obwohl die gesamte Masse der Erde an uns zieht. Sie ist 1039 mal stärker als die Gravitationskraft.
Nun zum Magnetismus: Magnetismus und Elektrizität sind beide Teil der elektromagnetischen Kraft. Beide Phänomene sind eng miteinander verknüpft und lassen sich so auf klassischem Wege durch die Maxwellgleichungen beschreiben.
Magnetismus entsteht im Groben gesagt auf Grund bewegter elektrischer Ladung. Fließt Strom (bewegte Elektronen) durch einen Draht, erzeugt dieser ein Magnetfeld.
Auf elementarer Ebene wird der Magnetismus durch die Drehung der Elektronen um ihre eigene Achse, den sogenannten Spin, erzeugt. Da Elektronen immer einen Spin besitzen, erzeugen sie auch immer ein Magnetfeld. Je nachdem wie sich der Spin der Elektronen in einem Atom oder in verschiedenen Verbindungen verhält, zeigt sich der Magnetismus in unterschiedlichen Ausprägungen. Da der Spin ein Phänomen der Quantenmechanik ist, lässt sich der Magnetismus von Festkörpern nicht klassisch erklären, sondern nur quantenmechanisch.
Wenn man im Alltag von Magnetismus redet, meint man meistens den Ferromagnetismus. Dieser zeigt sich am auffälligsten in Dauermagneten wie den Hartferrit-, Neodym-, Samarium-Cobalt- und AlNiCo-Werkstoffen. Ein ferromagnetischer Stoff wird erst durch das Einbringen in ein bereits bestehendes Magnetfeld magnetisch. Er ist also magnetisierbar. Das Magnetfeld, welches nach dem Entfernen des externen Magnetfeldes übrig bleibt, wird durch die Remanenz charakterisiert. Bei einer hohen Remanenz spricht man von hartmagnetischen Stoffen.
Stoffe, die ebenfalls durch ein externes Magnetfeld magnetisierbar sind, aber nach dem Entfernen des Magnetfeldes keine oder nur eine geringe Restmagnetisierung (Remanenz) aufweisen, nennt man weichmagnetische Stoffe, wie zum Beispiel Eisen. Bringt man einen Dauermagneten in die Nähe einer Eisennadel, wird durch das Magnetfeld des Dauermagneten ein Magnetfeld in der Nadel induziert. Die beiden Objekte wechselwirken nun und üben eine Kraft aufeinander aus; sie ziehen sich gegenseitig an.
Auch wir sprechen auf unserer Seite vom Ferromagnetismus, wenn wir Magnetismus sagen. Magnete sind also Objekte, die ein dauerhaftes Magnetfeld besitzen und andere Magnete und ferromagnetische Objekte anziehen. Sie werden als Pinnwandmagnete, als Verschlüsse oder auch zur Ansteuerung von Sensoren verwendet.