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Dauermagnet

Ein Permanentmagnet, oder auch Dauermagnet, ist ein Stoff, von welchem stets eine magnetische Kraft ausgeht. Ein solcher Dauermagnet kann ferromagnetische Stoffe anziehen (zum Beispiel Eisen oder Kobalt). Ferner stoßen sich die gleichnamigen Pole zweier Dauermagneten gegenseitig ab. Ein Permanentmagnet kann durch ein starkes äußeres Magnetfeld, das dem Magnetfeld des Dauermagneten entgegenwirkt, entmagnetisiert werden. Eine Magnetisierung ist ebenso durch eine starke mechanische Krafteinwirkung oder durch das Erreichen einer Temperatur über der sogenannten Curie-Temperatur möglich.

Welche Dauermagneten gibt es?

Grundsätzlich gibt es drei verschiedene Arten von Dauermagneten: Neodym-Magnete, Ferrit-Magnete und AlNiCo-Magnete. Zwischen zwei gleichnamigen Polen zweier Magnete, beispielsweise zwischen zwei Nordpolen oder zwei Südpolen, wirken die magnetischen Kräfte abstoßend. Sind die Pole entgegengesetzt, also Südpol zu Nordpol oder umgekehrt, so ziehen sich die beiden Magneten an. Diverse Legierungen, Nickel, Kobalt und Eisen sind ferromagnetische Stoffe. Sie können magnetisiert werden. Von einem Dauermagneten werden sie außerdem angezogen.

Dauermagnet und Elektromagnet

Im Gegensatz zu einem Elektromagneten benötigt ein Dauermagnet keine elektrische Energie, um ein Magnetfeld aufrechtzuerhalten. Die Elektronenspins im Permanentmagnet wurden parallel ausgerichtet und verbleiben in dieser Ausrichtung dank der Austauschwechselwirkung. Die parallele Ausrichtung selbst kann beispielsweise mittels eines Magnetfeldes erreicht werden. Magnete können auch natürlich entstehen, beispielsweise durch das Erkalten geschmolzenen ferromagnetischen Gesteins. Daher stammt übrigens der Name: Die alten Griechen fanden magnetische Steine damals nahe der Stadt Magnesia.

Ein Elektromagnet kann durch das Abschalten des Stroms auch effektiv abgeschaltet werden. Desweiteren ist es auch möglich, ihn umzupolen, in dem einfach die Stromrichtung gewechselt wird. Ein Permanentmagnet kann jedoch nicht einfach ausgeschaltet werden – daher rührt übrigens auch die Bezeichnung. So führt lediglich die Zufuhr von mechanischer, thermischer oder magnetischer Energie zu einer Entmagnetisierung. Insbesondere in den ersten beiden Fällen ist es möglich, dass die Grundsubstanz des Permanentmagneten beschädigt wird. Ferner muss der Permanentmagnet nach der Magnetisierung erneut magnetisiert werden. Wie bereits erwähnt, wird ein Permanentmagnet oberhalb der spezifischen Curie-Temperatur gänzlich entmagnetisiert. Es ist deshalb nur logisch, dass ein Permanentmagnet eine maximale Einsatztemperatur besitzt.

Wie ein ferromagnetisches Material zum Permanentmagneten wird

Der Prozess der Magnetisierung selbst folgt einer sogenannten Hysterese – damit wird ein asymmetrisches Verhalten des Materials bzw. der Magnetisierung beim Anstieg eines äußeren Magnetfeldes und der darauf folgenden Verringerung des Magnetfeldes bezeichnet. Der Bildung der Hysterese liegt die Austauschwechselwirkung zu Grunde, welche die Ausrichtung der Elementarmagnete im ferromagnetischen Material stabilisiert. Ein nichtmagnetisierter Ferromagnet besitzt deshalb andere magnetische Eigenschaften als ein magnetisierter Ferromagnet. Das durch die Ausrichtung der Elektronenspins verbleibende Magnetfeld des Ferromagneten nach dem Abschalten des äußeren Magnetfeldes macht das ferromagnetische Material zu einem Permanentmagneten. Ferner wird diese verbleibende Magnetisierung als Remanenz bezeichnet.

Häufig hängt die Stärke eines Magnetfeldes eines Permanentmagneten von den verwendeten Materialien ab. Die Magnetfeldstärke ist aber auch davon abhängig, wie und vor allem wie genau das Material magnetisiert wurde. Eine große Remanenz kann nur dann erreicht werden, wenn alle atomaren Spins vollständig ausgerichtet sind. Dafür sind entsprechende Maschinen und technisches Know-how nötig. Magnetfelder selbst entstehen nur durch eine Ladungsbewegung, das beschreiben die Maxwellschen Gleichungen. Aus ihnen geht auch hervor, dass ein Magnetfeld immer mit einem Südpol und einen Nordpol entsteht. Die bewegten Ladungen im Permanentmagneten sind die Elektronen der einzelnen Atome mit ihrem charakteristischen Elektronenspin. Diese mikroskopische Ladungsbewegung und der daraus resultierende Bewegungszustand der Elektronen resultiert in einem magnetischen Moment und in einer magnetischen Kraft. Diese Kräfte folgen einem Magnetfeld, welches durch Feldlinien dargestellt werden kann. Je nach Abstand der Feldlinien zueinander ist das Magnetfeld stärker oder schwächer. Außerdem zeigen die Feldlinien die Richtung des Magnetfeldes an: Die Feldlinien zeigen außerhalb des Magnetfeldes immer vom Nord- zum Südpol. Sie hören im Magnet selbst jedoch nicht auf, sondern gehen dort weiter: Im Magneten selbst zeigen Feldlinien damit vom Südpol zum Nordpol.

Welche magnetische Kraft aus einem Permanentmagneten hervorgeht, hängt vor allem von der Größe, der Energie der Austauschwechselwirkung, der Vollständigkeit der Ausrichtung und der Größe der magnetischen Momente der einzelnen Atome ab. Mit dem Energieprodukt wird die magnetische Energie eines Magneten gemessen. Eine solche magnetische Energie wird durch die eben genannten Größen beeinflusst und ist auch in einem Permanentmagneten gespeichert. Das Energieprodukt wiederum ist ein Indikator für die Güte eines Magneten: Je größer das Energieprodukt ist, desto größer ist auch die Güte und desto größer ist die magnetische Energie eines Permanentmagneten.