Metallurgie & angewandte Physik

FAQ

Metallurgie & angewandte Physik

Magnetismus in wenigen Worten

Magnetische Phänomene kommen in der Natur ständig vor. Die Erde zum Beispiel ist ein einziger großer Magnet. Vögel nutzen ihr Magnetfeld zur Navigation auf ihrer Wanderung. Auch Menschen nutzen den Magnetismus zur Orientierung: Die Nadel eines Kompasses wird durch das Erdmagnetfeld geführt.

Was sind statische und niederfrequente elektrische und magnetische Felder?

Elektrische und magnetische Felder sind Kraftfelder. Man unterscheidet zeitlich unveränderliche Konstantfelder (statisch oder stationär) und zeitlich variierende Wechselfelder. Langsam veränderliche Felder werden als „niederfrequente Felder“ bezeichnet. Statische und niederfrequente elektrische Felder gehen von elektrischen Ladungen aus. Sie üben Kräfte auf andere elektrische Ladungen aus. Magnetfelder entstehen durch bewegte elektrische Ladungen. Sie kommen vor z.B. um stromdurchflossene elektrische Leiter herum. Bei Permanentmagneten erzeugen elektrische Ströme auf atomarer Ebene das Feld. Magnetfelder üben Kräfte auf Magnete, magnetisierbare Materialien oder bewegte elektrische Ladungen aus.

Wie funktioniert eine magnetische Abschirmung?

Stichwort Flussumleitung: Ein magnetisches Feld kann weder eine Quelle oder Senke, an denen es beginnt oder endet, aufweisen. Anders als bei einem elektrischen Feld kann kein „magnetischer Isolator“ oder eine „Schutzschicht“ verwendet werden, an der die magnetischen Feldlinien reflektiert oder enden würden. Stattdessen wird das magnetische Feld mit einem hochpermeablen Material dazu verleitet, lieber den Weg durch die Abschirmung zu nehmen. Physikalisch lässt sich das damit erklären, dass die Abschirmung dem Magnetfeld einen energetisch günstigeren Weg anbietet. Die Qualität einer guten Abschirmung, die für den Fluss des Magnetfeldes eine Alternative darstellt, wird im Wesentlichen durch die Auswahl eines geeigneten Materials und einer optimalen Geometrie bestimmt. Die Abschirmung bzw. das Abschirmungsmaterial sollte genug Feld tragen können, so dass die Feldlinien hinreichend stark in sie hineingezogen werden können.

Was verbirgt sich hinter dem Begriff MUMETAL®?

MUMETAL® ist eine eingetragene Marke der Firma Carpenter Technology, die erstmals 1924 eingetragen wurde. Die Zusammensetzung der Nickellegierung hat sich im Laufe der Zeit geändert und heute ist eine der gebräuchlichsten Legierungen die Legierung 2.4545 oder 2.4596, insbesondere in Europa. Sie enthält typischerweise 80 % Nickel, 4,5 % Molybdän und als Rest Eisen. Die Legierungen sind je nach Legierungshersteller auch unter den Handelsnamen HyMu 80, Permimphy oder Magnifer 7904 erhältlich. Im Englischen ist es auch als Permalloy bekannt, heute ein Name, der praktisch alle weichmagnetischen Nickel-Eisen-Legierungen umfasst.

Was ist die beste Form für eine Abschirmung?

Die effizienteste Form ist die Kugelform, diese ist jedoch schwieriger herzustellen und in den meisten Abschirmungsanwendungen weitgehend unpraktisch. Das nächstbeste ist ein Zylinder mit geschlossenen Enden. Diese Endkappen erhöhen die Schirmdämpfung deutlich. Daran schließt sich eine Kastenform an, die Ecken müssen jedoch einen großen Biegeradius haben, um das Austreten von magnetischem Fluss zu minimieren. Verwenden Sie nach Möglichkeit kein Flachmaterial.

Ist es möglich, Magnetpole mithilfe einer magnetischen Abschirmung zu isolieren?

Eine magnetische Abschirmung isoliert oder verhindert keine Wechselwirkung zwischen den Nord- und Südpolen eines Magneten. Bei den für die magnetische Abschirmung verwendeten Materialien handelt es sich um magnetische Materialien mit hoher Permeabilität, was bedeutet, dass die Abschirmung dem magnetischen Fluss den Weg mit dem geringsten Widerstand bietet. Infolgedessen sind Abschirmungen bis zu einem gewissen Grad magnetisch, sodass die Abschirmung stattdessen dazu dient, die Feldlinien zum offenen Ende hin zu schließen. Dies bedeutet, dass die Kombination aus Abschirmung und Magnet im Wesentlichen immer noch wie ein normaler magnetischer Dipol mit reduzierter Feldreichweite wirkt. Abschirmungen können auch gesättigt werden, wenn sie aus nächster Nähe starken Magneten ausgesetzt werden, sodass keine Abschirmwirkung erzielt wird.

Ist es möglich, magnetische Abschirmungen und Magnete zum Bau eines Perpetuum Mobile zu verwenden?

Ein Perpetuum Mobile ist eine Maschine, die ohne Energiezufuhr in ständiger Bewegung ist. Sie sind durch viele grundlegende physikalische Gesetze verboten und können nicht geschaffen werden, egal wie komplex oder genial die Konstruktion ist. Viele Versuche, Perpetuum Mobile zu entwickeln, konzentrierten sich auf die Verwendung von Magneten. Magnete können die Bewegung von Objekten in einiger Entfernung scheinbar ohne Zufuhr externer Energie beeinflussen. Die mystischen und manchmal kontraintuitiven Eigenschaften der Magnetik unterliegen jedoch auch denselben physikalischen Gesetzen wie alles andere, einschließlich des ersten und zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik.

Fast immer besteht ein magnetisches Perpetuum Mobile aus einer Variation der Position und Geometrie statischer und beweglicher Magnete. Es gibt viele Beispiele für angeblich magnetische Perpetuum Mobile, die leicht im Internet zu finden sind. Jeder einzelne von ihnen kann diskreditiert werden, wenn man das System als Ganzes genau betrachtet. Wenn die Startbewegung durch einen Handstoß oder einen Tropfen durch die Schwerkraft erzeugt wird, ist dies ein Energieeintrag, der sich langsam aber sicher auflöst. Jedes Perpetuum mobile kommt zum Stillstand, wenn eine Last hinzugefügt wird, die zur Entnahme von Arbeit erforderlich ist. Die USA erkennen offiziell die Nichtexistenz von Perpetuum Mobile an, indem sie Patentanträge für Geräte, die angeblich ein Perpetuum Mobile demonstrieren, automatisch ablehnen. „Festgelegte physikalische Gesetze“ gelten „als nicht industriell anwendbar“.