Was ist Bildgebung?

Die Magnetisierung, auch Magnetisierung oder magnetische Polarisierung genannt, ist die Dichte der magnetischen Dipolmomente, die in einem magnetischen Material induziert werden, wenn es in der Nähe eines Magneten angeordnet wird.

Die magnetischen Effekte eines Materials können auch durch Leiten eines elektrischen Stroms durch das Material induziert werden.

Der magnetische Effekt wird durch die Bewegung von Elektronen in Atomen oder durch den Spin von Elektronen oder Kernen verursacht (Magnetization and Magnetic Intensity, 2016).

Einfach ausgedrückt ist es die Umwandlung eines Materials (üblicherweise Eisen) in einen Magneten. Der Name Magnetisierung leitet sich vom französischen Wort aimantation ab, das auf magnet übersetzt wird.

In einem inhomogenen Feld wird Materie in Richtung des Feldgradienten angezogen oder abgestoßen. Diese Eigenschaft wird durch die magnetische Suszeptibilität der Materie beschrieben und hängt vom Grad der Magnetisierung der Materie im Feld ab.

Die Magnetisierung hängt von der Größe der Dipolmomente der Atome in einer Substanz und dem Grad der Ausrichtung der Dipolmomente zueinander ab.

Bestimmte Materialien wie Eisen weisen aufgrund der Ausrichtung der magnetischen Momente ihrer Atome innerhalb bestimmter kleiner Bereiche, die als Domänen bezeichnet werden, sehr starke magnetische Eigenschaften auf.

Unter normalen Bedingungen haben verschiedene Domänen Felder, die sich gegenseitig aufheben. Sie können jedoch auch so ausgerichtet werden, dass sie extrem große Magnetfelder erzeugen.

Einige Legierungen wie NdFeB (eine Legierung aus Neodym, Eisen und Bor) halten ihre Domänen ausgerichtet und werden zur Herstellung von Permanentmagneten verwendet.

Das starke Magnetfeld, das ein typischer drei Millimeter dicker Magnet aus diesem Material erzeugt, ist vergleichbar mit einem Elektromagneten aus einer Kupferschleife, die einen Strom von mehreren tausend Ampere führt. Im Vergleich dazu beträgt der Strom in einer typischen Glühbirne 0, 5 Ampere.

Da die Ausrichtung der Domänen eines Materials einen Magneten erzeugt, zerstört die Desorganisation der geordneten Ausrichtung die magnetischen Eigenschaften des Materials.

Die thermische Bewegung, die durch das Erhitzen eines Magneten auf eine hohe Temperatur entsteht, zerstört seine magnetischen Eigenschaften (Edwin Kashy, 2017).

Definition und Eigenschaften der Magnetisierung

Die Magnetisierung oder Magnetisierung M eines Dielektrikums ist definiert durch:

Dabei ist N die Anzahl der magnetischen Dipole pro Volumeneinheit und μ das magnetische Dipolmoment pro Dipol (Griffiths, 1998). Die Magnetisierung kann auch geschrieben werden als:

Wobei β die Magnetisierbarkeit ist.

Die Wirkung der Magnetisierung besteht darin, zusammengefügte Stromdichten innerhalb eines Materials zu induzieren

Und ein Oberflächenstrom schloss sich an seine Oberfläche an

Wo ist die Einheit nach außen normal (Weisstein, 2007).

Warum können manche Materialien magnetisiert werden, andere nicht?

Die magnetischen Eigenschaften der Materialien hängen mit der Paarung von Spins in ihren Atomen oder Molekülen zusammen. Dies ist ein Phänomen der Quantenmechanik.

Elemente wie Nickel, Eisen, Kobalt und einige der seltenen Erden (Dysprosium, Gadolinium) weisen ein einzigartiges magnetisches Verhalten auf, das als Ferromagnetismus bezeichnet wird, wobei Eisen das häufigste und dramatischste Beispiel ist.

Diese ferromagnetischen Materialien weisen ein Phänomen der Fernordnung auf atomarer Ebene auf, das dazu führt, dass die Spins ungepaarter Elektronen in einer als Domäne bezeichneten Region parallel zueinander ausgerichtet sind.

Innerhalb der Domäne ist das Magnetfeld stark, aber in einer Massenprobe magnetisiert das Material normalerweise nicht, da die vielen Domänen in Bezug aufeinander zufällig ausgerichtet sind.

Der Ferromagnetismus äußert sich in der Tatsache, dass ein kleines Magnetfeld, das von außen, beispielsweise von einem Solenoid, angelegt wird, dazu führen kann, dass sich die magnetischen Domänen zueinander ausrichten, und es wird gesagt, dass das Material magnetisiert ist.

Das magnetische Antriebsfeld wird dann um einen großen Faktor erhöht, der normalerweise als relative Permeabilität für das Material ausgedrückt wird. Es gibt viele praktische Anwendungen für ferromagnetische Materialien, wie zum Beispiel den Elektromagneten (Ferromagnetism, SF).

Seit 1950 und insbesondere seit 1960 wurde entdeckt, dass mehrere ionisch gebundene Verbindungen ferromagnetisch sind, von denen einige elektrische Isolatoren sind. Andere haben eine für Halbleiter typische Leitfähigkeit.

Oberhalb des Curie-Punktes (auch Curie-Temperatur genannt) verschwindet die spontane Magnetisierung des ferromagnetischen Materials und wird paramagnetisch (dh bleibt schwach magnetisch).

Dies geschieht, weil die Wärmeenergie ausreicht, um die Kräfte der inneren Ausrichtung des Materials zu überwinden.

Curie-Temperaturen für einige wichtige ferromagnetische Materialien sind: Eisen, 1043 K; Kobalt, 1394 K; Nickel, 631 K; Und Gadolinium, 293 K (Encyclopædia Britannica, 2014).

Materialien, die keine magnetischen Eigenschaften haben, werden als diamagnetisch bezeichnet. Dies liegt daran, dass sie in ihren Atomorbitalen oder Molekülorbitalen eine Spinpaarung aufweisen.

Möglichkeiten, ein Material zu magnetisieren

1- Reiben Sie ein Metall mit einem starken Magneten

1. Sammeln Sie die notwendigen Materialien. Um Metall mit dieser Methode zu magnetisieren, benötigen Sie nur einen starken Magneten und ein Stück Metall mit bekanntem Eisengehalt. Metalle ohne Eisen sind nicht magnetisch.
2. Identifizieren Sie den Nordpol des Magneten. Jeder Magnet hat zwei Pole, einen Nord- und einen Südpol. Der Nordpol ist die negative Seite, während der Südpol die positive Seite ist. Bei einigen Magneten sind die Pole direkt beschriftet.
3. Reiben Sie den Nordpol von der Mitte des Metalls bis zum Ende. Führen Sie den Magneten mit festem Druck schnell durch das Metallstück. Das Reiben des Magneten durch das Metall hilft den Eisenatomen, sich in eine Richtung auszurichten. Wiederholtes Streicheln des Metalls gibt den Atomen mehr Gelegenheit, sich auszurichten.
4. Testen Sie den Magnetismus. Berühren Sie das Metall mit einer Reihe von Clips oder kleben Sie es an Ihren Kühlschrank. Wenn die Clips im Kühlschrank kleben oder bleiben, ist das Metall ausreichend magnetisiert. Wenn das Metall nicht magnetisiert, reiben Sie den Magneten in der gleichen Richtung durch das Metall.
5. Reiben Sie den Magneten weiter gegen das Objekt, um den Magnetismus zu erhöhen. Achten Sie darauf, den Magneten jedes Mal in die gleiche Richtung zu reiben. Überprüfen Sie nach zehn Anschlägen den Magnetismus erneut. Wiederholen, bis der Magnet stark genug ist, um die Clips aufzunehmen. Wenn es mit dem Nordpol in die entgegengesetzte Richtung gerieben wird, wird das Metall wirklich entmagnetisiert (How to Magnetize Metal, SF).

2- Erstellen Sie einen Elektromagneten

1. Um einen Elektromagneten herzustellen, benötigen Sie einen isolierten Kupferdraht, ein Stück Metall mit bekanntem Eisengehalt, eine 12-Volt-Batterie (oder eine andere Gleichstromquelle), Drahtseparatoren und elektrische Schneidgeräte sowie Isolierband.
2. Wickeln Sie den isolierten Draht um das Metallstück. Nehmen Sie den Draht und lassen Sie einen Schwanz etwa einen Zentimeter, wickeln Sie den Draht ein paar Dutzend Mal um das Metall. Je öfter die Spule gewickelt ist, desto stärker ist der Magnet. Lassen Sie auch einen Schwanz am anderen Ende des Drahtes.
3. Entfernen Sie die Enden des Kupferdrahtes. Entfernen Sie mit Hilfe der Drahtzerkleinerer mindestens 1 cm bis 1 cm von beiden Enden des Drahtes. Das Kupfer muss freiliegen, damit es mit der Stromquelle in Kontakt kommt und das System mit Strom versorgt.
4. Schließen Sie die Kabel an die Batterie an. Nehmen Sie ein freies Ende des Kabels und wickeln Sie es um den Minuspol der Batterie. Befestigen Sie sie mit einem Klebeband und vergewissern Sie sich, dass der Metalldraht den Anschlussdraht berührt. Wickeln Sie es mit dem anderen Kabel um den Pluspol der Batterie.
5. Testen Sie den Magnetismus. Wenn die Batterie richtig angeschlossen ist, liefert sie einen elektrischen Strom, durch den sich die Eisenatome ausrichten und Magnetpole bilden. Dies führt zu dem Metall, das magnetisiert ist. Berühre das Metall an einigen Clips und schau, ob du sie aufheben kannst (Ludic Science, 2015).