Elektromagnet vs. Permanentmagnet
Elektromagnete und Permanentmagnete sind zwei wichtige Themen in der elektromagnetischen Theorie. Dieser Artikel erklärt die Grundlagen von Magnetismus, Elektromagnet und Permanentmagnet und beschreibt die Verbindung zwischen den beiden Magneten.
Was ist ein Elektromagnet?
Um Elektromagnete zu verstehen, muss man zuerst die Theorien hinter dem Magnetismus verstehen. Magnetismus entsteht durch elektrische Ströme. Ein gerader stromführender Leiter übt eine Kraft senkrecht zum Strom auf einen anderen stromführenden Leiter aus, der parallel zum ersten Leiter angeordnet ist. Da diese Kraft senkrecht zum Ladungsfluss steht, kann es sich nicht um eine elektrische Kraft handeln. Dies wurde später als Magnetismus identifiziert.
Die magnetische Kraft kann entweder anziehend oder abstoßend sein, aber immer gegenseitig. Ein Magnetfeld übt eine Kraft auf jede sich bewegende Ladung aus, stationäre Ladungen werden jedoch nicht beeinflusst. Ein Magnetfeld einer bewegten Ladung steht immer senkrecht zur Geschwindigkeit. Die Kraft auf eine sich bewegende Ladung durch ein Magnetfeld ist proportional zur Geschwindigkeit der Ladung und zur Richtung des Magnetfelds.
Ein Magnet hat zwei Pole. Sie werden als Nordpol und Südpol definiert. Die magnetischen Feldlinien beginnen am Nordpol und enden am Südpol. Diese Feldlinien sind jedoch hypothetisch. Es muss beachtet werden, dass Magnetpole nicht als Monopol existieren. Die Pole können nicht isoliert werden. Dies ist als das Gauß’sche Gesetz für Magnetismus bekannt. Ein Elektromagnet ist ein Bauteil, das aus stromdurchflossenen Schleifen besteht. Diese Schleifen können jede Form haben, aber gewöhnliche Elektromagnete haben die Form von Solenoiden oder Ringen.
Was ist Permanentmagnet?
Da nur elektrischer Strom einen Magneten erzeugen kann, müssen Permanentmagnete aus Strömen bestehen. Jedes Atom hat Elektronen, die den Kern des Atoms umkreisen, und diese Elektronen haben eine Eigenschaft, die als elektronischer Spin bezeichnet wird. Diese beiden Eigenschaften sind für den Magnetismus in Materialien verantwortlich. Materialien können entsprechend ihrer magnetischen Eigenschaften in mehrere Kategorien eingeteilt werden. Paramagnetische Materialien, diamagnetische Materialien und ferromagnetische Materialien sind nur einige zu nennen. Es gibt auch einige weniger gebräuchliche Typen wie antiferromagnetische Materialien und ferrimagnetische Materialien. Diamagnetismus zeigt sich in Atomen mit nur gepaarten Elektronen. Der Gesamtspin dieser Atome ist Null. Die magnetischen Eigenschaften entstehen nur durch die Orbitalbewegung von Elektronen. Wenn ein diamagnetisches Material in ein externes Magnetfeld gebracht wird, erzeugt es ein schwaches Magnetfeld, das antiparallel zum externen Feld ist. Paramagnetische Materialien haben Atome mit ungepaarten Elektronen. Die elektronischen Spins dieser ungepaarten Elektronen wirken wie kleine Magnete, die stärker sind als die Magnete, die durch die Orbitalbewegung der Elektronen erzeugt werden. Wenn sie in ein externes Magnetfeld gebracht werden, richten sich diese kleinen Magnete mit dem Feld aus, um ein Magnetfeld zu erzeugen, das parallel zum externen Feld ist. Ferromagnetische Materialien sind auch paramagnetische Materialien mit Zonen magnetischer Dipole in einer Richtung, noch bevor das externe Magnetfeld angelegt wird. Wenn das externe Feld angelegt wird, richten sich diese magnetischen Zonen parallel zum Feld aus, so dass sie das Feld stärker machen würden. Ferromagnetismus verbleibt im Material, auch nachdem das äußere Feld entfernt wurde, aber Paramagnetismus und Diamagnetismus verschwinden, sobald das äußere Feld entfernt wird. Die Permanentmagnete bestehen aus solchen ferromagnetischen Materialien.
Was ist der Unterschied zwischen Elektromagneten und Permanentmagneten?
• Permanentmagnete sind auch Elektromagnete, bei denen ein kontinuierlicher Strom fließt, der jedes Atom zu einem Magneten macht.
• Elektromagnetismus verschwindet, sobald der externe Strom gestoppt wird, aber der Permanentmagnetismus bleibt.
