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Ferromagnetismus

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Ferromagnetismus

Beitrag von Dares » 17. Aug 2017, 13:09

Hallo liebes Forum,

ich frage mich schon seit einiger Zeit, was Magnetismus überhaupt ist.

Es gibt auf Wiki ja viele Erklärungen zum Thema wie hier unten

https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetismus

aber ich finde es etwas unbefriedigend weil es zu speziell und fachlich gehalten ist.

Besser ist folgendes:

https://de.wikipedia.org/wiki/Ferromagnetismus

Daraus ergeben sich auch gleich viele Fragen die ich Euch stellen möchte:

Lt. dem Wiki-Artikel über den Ferromagnetismus richten sich die Atome des z.B. Eisens in eine Richtung aus. Würde das bedeuten,
dass die Atome selber magnetisch sind also einen Nord- und Südpol haben?

Warum ist z.B. Aluminium nicht magnetisch? Die Atome des Aluminiums müssten eigendlich ebenso magnetisch sein wie Atome
des Eisens.

Da durch den Magnetismus ja eine Kraft wie z.B. beim Strom ausgeübt wird könnte man sich da vorstellen das da etwas fliesst
was diese Kraft hervorruft z.B. Elektronen?

Spannendes Thema und ich freue mich auf Euere Antworten.

Freundliche Grüsse

Dares

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Re: Ferromagnetismus

Beitrag von Skeltek » 17. Aug 2017, 19:12

Nord- und Südpol sind keine Gegenteile von einander, "spiegelverkehrt"würde es besser treffen.

Im Grunde genommen gibt es nur die "Rolle vorwärts" einer Anordnung, welche positiv am Kopf und negativ an den Beinen ist.
Dabei stellen 'linker Arm' und 'rechter Arm' den Nord- und Südpol dar; so wie 'links' und 'rechts'.
Daran sieht man, dass Nord- und Südpol genauso willkürlich begrifflich gewählt sind wie Links und Rechts.

Eisen und Aluminium...habe gerade die Orbital-Modelle nicht im Kopf, versuch da mal zu gucken.
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Re: Ferromagnetismus

Beitrag von belgariath » 17. Aug 2017, 19:54

Dares hat geschrieben:
17. Aug 2017, 13:09
[...]
Lt. dem Wiki-Artikel über den Ferromagnetismus richten sich die Atome des z.B. Eisens in eine Richtung aus. Würde das bedeuten,
dass die Atome selber magnetisch sind also einen Nord- und Südpol haben?
[...]
Ja, man kann sagen, dass alle Elementarteilchen mit einem Spin, ein sogenanntes magnetisches Moment haben. Anschaulich kann man sich vorstellen, dass die geladenen Teilchen rotieren und dass dadurch ein magnetisches Moment erzeugt wird.
Siehe auch https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetisc ... und_Kernen
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Re: Ferromagnetismus

Beitrag von Skeltek » 17. Aug 2017, 21:02

Dares hat geschrieben:
17. Aug 2017, 13:09
Da durch den Magnetismus ja eine Kraft wie z.B. beim Strom ausgeübt wird könnte man sich da vorstellen das da etwas fliesst
was diese Kraft hervorruft z.B. Elektronen?
Selbst wenn man nur den klassischen Magnetismus betrachtet kann man das auf jeden Fall machen und sich das so vorstellen.
Elektronen z.B. stoßen sich gegenseitig ab, sind jedoch 'bestrebt' (ist eigentlich nur ein emergenter Effekt) einer zusätzlichen bremsenden oder beschleunigenden Kraft von Außen entgegen zu wirken (sie versuchen ihre eigenen Orts- und Geschwindigkeits-Relationen aufrecht zu erhalten; genaueres kann man dann durch 'Induktion' als Hilfskonstrukt herleiten).

Wie sich das auswirkt:
Wenn du einen Elektronenstrahl hast von A nach B, und du schießt ein Elektron senkrecht auf die Strecke A-B, dann wird das eine Elektron seinen Kurs so anpassen, dass es in Richtung des Elektronenstrahls abgelenkt wird (es wird so in der Art 'mitgerissen').
Im Grunde genommen kann man auch den Umweg über die Hilfskonstruktion 'Magnetfeld' gehen, Magnetfeldlinien um der Elektronenstrahl zeichnen und dann die Ablenkung des einen Elektrons berechnen, welches dann zunächst in Richtung Elektronenstrahlrichtung abgelenkt und dann abgestoßen wird.

Bei dieser einfachen Anordnung beschreibt die Flugbahn eine Parabel, bei komplexeren Anordnungen lassen sich auch 'Magnetfelder' konstruieren, in denen das Elektron eine Kreisbahn fliegt. Es wird aber immer versuchen (auf der Kreisebene der Anordnung betrachtet) sich 'mit dem Strom' der Magnetfeld-verursachenden Elektronen zu bewegen.

Zumindest sieht so die emergente Systematik der Verhaltensmechanik aus, letzten Endes lassen sich vermutlich viele Ursachen konstruieren, welche das obige Verhalten von Elektronen hervorrufen.
-> Magnetfelder sind effektiv nur virtuelle Hilfskonstrukte unserer Phantasie, um uns den Umgang mit Elektrodynamik und der Wirkung von Ladungen aufeinander durch ihre Wechselwirkungs-Dynamik zu erleichtern.

Deshalb sind Nord- und Südpol auch äquivalent und unterscheiden sich nur in der 'Richtung' nach welcher wir sie unterscheiden.
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Re: Ferromagnetismus

Beitrag von seeker » 18. Aug 2017, 09:40

Dares hat geschrieben:
17. Aug 2017, 13:09
ich frage mich schon seit einiger Zeit, was Magnetismus überhaupt ist.
Ich würde so mit dem Verständnis anfangen:

Einleitung:

Wenn du elektrische Ladungsträger hast (z.B. Elektronen), dann haben die ein elektrisches Feld um sich.
Elektrisches Feld bedeutet: andere Ladungen werden entweder angezogen (wenn sie die entgegengesetzte Ladung haben) oder abgestoßen (wenn sie die gleiche Ladung haben).

Wenn sich ein Ladungsträger bewegt, dann nimmt er sein elektrisches Feld mit sich (logisch...), dann hat man also ein bewegtes elektrisches Feld.

Wenn sich ein elektrisches Feld bewegt, dann erzeugt (induziert)/ist das ein auch ein magnetisches Feld: elektrische und magnetische Felder sins eins, es kommt dabei immer nur auf die Bewegung an: ein bewegtes elektrisches Feld IST ein Magnetfeld. Das lässt sich mathematisch sauber darstellen und das war m.W.n. übrigens die erste Vereinheitlichung, die historisch gesehen in der Physik gemacht wurde (auf dem Weg zu einer allgemein vereinheitlichten Theorie, einer ToE): Die Vereinheitlichung von elektrostatischer und magnetischer Kraft.
Deshalb spricht man auch vom "Elektromagnetismus", weil das Eins ist.

So! Also:

a) Wenn sich Elektronen um Atomkerne bewegen, dann ist da also prinzipiell immer sowohl ein elektrisches als auch ein magnetisches Feld vorhanden.

b) Wenn sich mehrere Elektronen um einen Atomkern bewegen, dann können sich ihre magnetischen Felder aber auch gegenseitig aufheben oder auch nicht, je nach dem, wie sie sich bewegen und wie viele es sind.

c) Bei Nachbaratomen ist es ebenso, je nach dem wie sie sich ausrichten und/oder bewegen, können sich die atomaren Felder entweder verstärken/addieren oder aufheben, bei noch größeren Strukturen (z.B. kleine Atom-Agglomerate -> kleine Körnchen -> größere Körnchen -> ...) ebenso.
Makroskopisch sehen wir also immer dann ein starkes Magnetfeld (oder überhaupt eines) wenn sich das nicht aufgehoben hat.

Also:
Dares hat geschrieben:
17. Aug 2017, 13:09
Lt. dem Wiki-Artikel über den Ferromagnetismus richten sich die Atome des z.B. Eisens in eine Richtung aus. Würde das bedeuten,
dass die Atome selber magnetisch sind also einen Nord- und Südpol haben?
Im Prinzip ja, manche Atomsorten; die, wo es sich nicht schon auf atomarer Ebene (komplett) aufhebt (siehe b).
Dares hat geschrieben:
17. Aug 2017, 13:09
Warum ist z.B. Aluminium nicht magnetisch? Die Atome des Aluminiums müssten eigendlich ebenso magnetisch sein wie Atome
des Eisens.
Je nach dem, wie sich die Elektronen um die Atomkerne bewegen und wie viele es sind, kann das auf Atomebene auch schwächer oder praktisch Null sein (siehe b), durch Aufhebung. Auch je nach dem, wie sich die nächstgrößeren Strukturen ausrichten, verstärkt sich das dann bis in den makroskopischen Bereich oder es hebt sich grad wieder auf (siehe c).
Beim Aluminium hebt es sich auf.
Dares hat geschrieben:
17. Aug 2017, 13:09
Da durch den Magnetismus ja eine Kraft wie z.B. beim Strom ausgeübt wird könnte man sich da vorstellen das da etwas fliesst
was diese Kraft hervorruft z.B. Elektronen?
siehe Einleitung
Grüße
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Re: Ferromagnetismus

Beitrag von Skeltek » 18. Aug 2017, 18:02

Es gibt auch Materialien, welche Diamagnetisch sind. Die werden sowohl von Nord- als auch von Südpol abgstoßen.
Das hat man bisher dadurch erklärt, dass das Magnetfeld einen Elektronenfluss induziert, welcher ein entgegengesetztes Magnetfeld hat - was aber meiner Meinung nach bei der Untermauerung der Begründung etwas wackelt (die effektiven Formeln stimmen aber soweit).
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Re: Ferromagnetismus

Beitrag von Dares » 19. Aug 2017, 12:06

@Seeker und auch @Belgariath

Erstmal Danke für die Einführung @Seeker, aber ich habe letztendlich noch nicht verstanden was Magnetismus ist. Versuch es mal
einfach zu beschreiben. Es wirken offensichtlich Kräfte die sich meiner Wahrnehmungskraft entziehen wie eine Art von
Strahlung die sich bemerkbar macht. Also ohne die Elektrizität zu rate zu ziehenm möchte ich fragen welche Kraft da am werkeln ist?

belgariath hat geschrieben:
17. Aug 2017, 19:54
Dares hat geschrieben:
17. Aug 2017, 13:09
[...]
Lt. dem Wiki-Artikel über den Ferromagnetismus richten sich die Atome des z.B. Eisens in eine Richtung aus. Würde das bedeuten,
dass die Atome selber magnetisch sind also einen Nord- und Südpol haben?
[...]
Ja, man kann sagen, dass alle Elementarteilchen mit einem Spin, ein sogenanntes magnetisches Moment haben. Anschaulich kann man sich vorstellen, dass die geladenen Teilchen rotieren und dass dadurch ein magnetisches Moment erzeugt wird.
Siehe auch https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetisc ... und_Kernen
Danke Belgariath, soweit so gut.
Das mit dem Spin lässt sich erklären wobei ich mich frage wodurch dieser vorliegt. Wenn ein Spinn existiert so müsste er doch
etwas mit dem Beibehalten eines Drehimpulses zu tun haben. Wodurch bekommen die Atome diesen Spin? Und geht dieser mit
der Zeit wieder verloren und mal Themenübergreifend würde dieser seine Energie verlieren und nicht mehr magnetisch sein?

Für einen Laien wie mich scheinen erstmal viele Erklärungen logisch zu sein aber wenn man in die Tiefe abdriftet tauchen wie
Unterseequallen immer neue Fragen auf. Das macht das thema ja gerade so interessant.

Grüsse

Dares

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Re: Ferromagnetismus

Beitrag von Skeltek » 19. Aug 2017, 19:13

Willst du wissen wie es funktioniert, verstehen wodurch Magnetismus entsteht oder was es bewirkt?
Die Ursache hat kaum etwas mit dem Effekt-Model zu tun, welches man zum Handhaben des effektiven Verhaltens benutzt.
Eine einfache Erklärung wird dir da denke ich nicht wirklich zum Verständniss beitragen.

Spin schön und gut, allerdings ist der Spin bereits eine Folge der eigentlichen Ursache.
Wieso bewegt sich das Auto? - weil sich die Räder drehen!
Das hat letztlich aber trotzdem kaum etwas mit dem Energiedurchsatz zu tun, der bei der Entropiezunahme in der Verbrennungskammer des Motors stattfindet.

Induktion rührt letzten Endes von der Reativbewegung der Ladungen her, Magnetismus in Kombination mit Spin ist letzten Endes nur eine Folgeerscheinung - welche jedoch für einfache Erklärungen des effektiv wahrnehmbaren Effektes völlig ausreicht.
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Re: Ferromagnetismus

Beitrag von belgariath » 19. Aug 2017, 19:26

Dares hat geschrieben:
19. Aug 2017, 12:06
[...]
Das mit dem Spin lässt sich erklären wobei ich mich frage wodurch dieser vorliegt. Wenn ein Spinn existiert so müsste er doch
etwas mit dem Beibehalten eines Drehimpulses zu tun haben. Wodurch bekommen die Atome diesen Spin? Und geht dieser mit
der Zeit wieder verloren und mal Themenübergreifend würde dieser seine Energie verlieren und nicht mehr magnetisch sein?
Also soweit ich weiß verwendet man das Konzept von Spin nur bei Elementarteilchen (und bei überschaubaren Zusammensetzungen von Elementarteilchen, genannt Atomen oder einfachen Molekülen). Von Drehimpuls hingegen redet man nur im Zusammenhang mit räumlich ausgedehnten Körpern.

Atome bekommen ihren Spin durch den Spin der Elementarteilchen, aus denen das jeweilige Atom besteht. Fragt sich dann, wodurch die Elementarteilchen ihnen Spin bekommen. Das und deine Frage wodurch der Spin vorliegt kann ich leider nicht beantworten. :(

Der Spin eines einzelnen Elementarteilchens kann aber nicht verschwinden oder verloren gehen, er kann seinen Betrag nicht ändern, nur seine "Richtung". Betrachtet man mehrere Elementarteilchen, dann addieren sich deren Spins nach bestimmten Regeln. Gemäß diesen Regeln können sich die Spins (teilweise) kompensieren (das ergäbe dann ein (teilweise) reduziertes magnetisches Moment) oder auch (teilweise) verstärken (das ergäbe dann ein (teilweise) erhöhtes magnetisches Moment). Vgl. Antwort b von seeker oben.

Dares hat geschrieben:
19. Aug 2017, 12:06
Für einen Laien wie mich scheinen erstmal viele Erklärungen logisch zu sein aber wenn man in die Tiefe abdriftet tauchen wie
Unterseequallen immer neue Fragen auf. Das macht das thema ja gerade so interessant.

Grüsse

Dares
Da hast du Recht. Und je tiefer man taucht, desto zahlreicher und bunter werden die Quallen...
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Re: Ferromagnetismus

Beitrag von Skeltek » 20. Aug 2017, 09:12

Die Sache wird noch etwas komplizierter, wenn man bedenkt, daß man vor kurzem auch Neutronen erfolgreich durch Elektromagnetismus auf 400m/s beschleunigen konnte...
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Re: Ferromagnetismus

Beitrag von seeker » 20. Aug 2017, 10:52

Das Neutron ist zwar elektrisch nach außen hin neutral, trägt aber dennoch el. Ladungen in sich (Quarks), die sich zwar nach außen hin zu Null addieren aber zeitlich und räumlich muss das IM Neutron deshalb nicht gegeben sein.
Daher kann es dennoch ein geringes magnetisches Moment haben bzw. hat es eines.

Wenn man zunächst einen einfachen Zugang zum Magnetismus sucht, sollte man zunächst versuchen die einfachen Dinge zu verstehen.

http://www.weltderphysik.de/gebiet/stof ... gnetismus/
Dares hat geschrieben:
19. Aug 2017, 12:06
Es wirken offensichtlich Kräfte die sich meiner Wahrnehmungskraft entziehen wie eine Art von
Strahlung die sich bemerkbar macht.
Man kann diese Kräfte sichtbar machen:
https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrody ... noid-6.jpg

Man kann sie auch spüren, z.B. wenn man zwei Magnete in den Händen hält und diese einander nähert.

Man spricht hier in der Physik von einem Feld, genauer von einem Kraftfeld. Das ist etwas anderes als Strahlung, weil sich das Kraftfeld nicht bewegt, wenn du die Feldquelle nicht bewegst/veränderst; es ist einfach da. Es wird hier also im Gegensatz zur Strahlung auch keine Energie transportiert. Das Kraftfeld bildet ein sogenanntes Potential, das kann man sich so vorstellen, wie den Unterschied, wenn man sich auf einer Bergstraße befindet, ob man sich im Tal oder in der Höhe befindet: Wenn du in der Höhe bist, kannst du einfach die Straße herunterrollen, da wird Energie frei und es wirkt eine Kraft nach unten, die dich beschleunigt: Potentielle Energie wird in Bewegungsenergie umgewandelt. Das ist also zunächst ganz ähnlich wie bei der Gravitation.

Ein Kraftfeld ist dabei ein Konzept der Physik, um Phänomene zu beschreiben. Ein naheliegendes Konzept, wenn man sich die Bilder anschaut, wo z.B. das magnetische Feld sichtbar gemacht wird.
Das elektrische Feld kann man auch sichtbar machen: https://www.leifiphysik.de/elektrizitae ... feldlinien

Das Kraftfeld sagt uns, an welchem Ort im Raum welche Kräfte wie stark in welcher Richtung wirken werden.
Es gibt verschiedene Kraftfelder für verschiedene Kräfte.
Wenn sich ein Kraftfeld bewegt oder zeitlich in seiner Stärke verändert, entstehen Wellen, die Energie transportieren, dann erst sind wir bei der Strahlung.
Dares hat geschrieben:
19. Aug 2017, 12:06
Wenn ein Spinn existiert so müsste er doch
etwas mit dem Beibehalten eines Drehimpulses zu tun haben.
So kann man sich das vorstellen.
Dares hat geschrieben:
19. Aug 2017, 12:06
Wodurch bekommen die Atome diesen Spin? Und geht dieser mit
der Zeit wieder verloren
Weil sie es können? Alle Dinge bewegen und drehen sich. Und wegen der Drehimpulserhaltung und Impulserhaltung können Bewegungen und Drehungen nicht vernichtet oder aufgebraucht werden, nur umgewandelt/ausgetauscht. Und auf atomarer Ebene gibt es so etwas wie Reibung in dem Sinne nicht, dort ist alles etwas anders.
Ansonsten ist das Quantenmechanik, wenn ein Elektron z.B. aufhören würde sich zu drehen, dann wäre es kein Elektron mehr.
Das Higgs-Boson hat Spin = 0. Umgekehrt: Die Teilchen bekommen ihren Spin mit ihrer Erzeugung mit und behalten diesen, so lange sie existieren, genau wie ihre Ladungen.
Grüße
seeker


Mache nie eine Theorie zu DEINER Theorie!
Denn tut man das, so verliert man zumindest ein Stück weit seine Unvoreingenommenheit, Objektivität.

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