Elektromagnetismus - Grundlagen & Größen - Teil 2

Die Magnetische Permeabilität $µ$

Der Begriff Permeabilität definiert generell die Durchlässigkeit eines Materials für bestimmte Stoffe, Atome, Moleküle oder Ionen.

Die Magnetische Permeabilitität definiert speziell die Durchlässigkeit eines materiellen Stoffes für magnetische Felder.

Je nach Höhe jener Magnetischen Permeabilität des Materials, kann dieses magnetische Felder komplett blockieren (z.B. Supraleiter), dämpfen oder verstärken (z.B. Eisenmetalle)

Die Elektrische Feldstärke $H$ (auch H-Feld genannt) beschreibt grundsätzlich das ursächliche Magnetfeld mit dessen Feldlinien. Die Magnetische Flußdichte $B$ (auch B-Feld genannt) wiederum die Wirkung des Magnetfeldes und damit die Dichte der eben genannten Feldlinien.

• Innerhalb bestimmter Stoffe, eben jene mit hoher Magnetischer Permeabilität $µ$, sind die ursächlichen Feldlinien verdichtet, sodass diese je Flächeninhalt eine hohe Dichte aufweisen und somit die Magnetische Flußdichte $B$ darin höher ist. Eine höhere Magnetische Flußdichte $B$ wiederum kennzeichnet ein in der Wirkung stärkeres inneres Magnetfeld. Gegensätzlich dies für Magnetische Permeabilität $µ<1$.

• Zusätzlich wird außerhalb bestimmter Stoffe (entsprechend $µ$) das äußere Magnetfeld entweder verstärkt ($µ>1$, $µ>>1$) oder vermindert ($µ<1$)

Die Definition der Magnetischen Permeabilität $µ$

Wie reagieren Feldlinien nun, wenn in ihren Einflußbereich Materialien mit verschiedenem $µ$ bzw. $µ_r$ eingebracht werden?

Die Darstellung (siehe Abb. 1) stellt die Beeinflussung magnetischer Feldlinien nach Einbringung verschiedener Materialien dar. (Zur Vereinfachung zunächst ohne ergänzende Darstellung der sich mit- oder gegenläufig bildenden induzierten Magnetfelder in den Materialien selbst):

• Vakuum besitzt per Definition die Relative Permeabilität von $µ_r = 1$, damit werden die hindurchgehenden magnetischen Feldlinien nicht beeinflusst.

• Materialien mit $µ_r > 1$ oder gar $µ_r >> 1$ verdichten die Feldlinien in ihrem Inneren, damit steigt die Magnetische Flußdichte $B$ entsprechend an.

• Eine Besonderheit stellen Supraleiter ($µ_r = 0$) dar, diese "verdrängen" Feldlinien, m.a.W. in ihrem Inneren ist die Magnetische Flußdichte $B = 0$

Die Abhängigkeit zwischen $B$ und $H$

Nach den bisherigen Ausführungen (es gilt: $B ∝ µ$ und $B ∝ H$) kann demnach folgende formale Abhängigkeit abgeleitet werden:

Was bedeutet diese Beziehung konkret?

Bei konstanter Magnetischer Feldstärke $H$ und eingebrachtem Material $µ$

erhöht oder vermindert sich die Magnetische Flußdichte $B$:

• Für $µ= μ _0\cdot{μ _r} > 1$: Wirkt das eingebrachte Material die Flußdichte $B$ verstärkend

• Für $µ= μ _0\cdot{μ _r} < 1$: Wirkt das eingebrachte Material die Flußdichte $B$ vermindernd

Wie nun können wir diesen letztgenannten Effekt erklären?

Die Arten von Magnetismus

Man unterscheidet (auf Grundlage der Relativen Permeabilität $µ_r$) 3 Arten von Magnetismus

1. Diamagnetismus ($µ_r<1$, Größenordnung $≈$ 0,999x), Ausnahme Supraleiter ($µ_r=0$)

2. Paramagentismus ($µ_r>1$, Größenordnung $≈$ 1,000x)

3. Ferromagnetismus ($µ_r>>1$, Größenordnung $≈$ 100 - 100.000)

1) Diamagnetismus

Diamagnetische Materialien sind Stoffe, welche durch ihr inneres gegengerichtetes (!) induziertes Magnetfeld ein äußeres Magnetfeld abschwächen

2) Paramagnetismus

Paramagnetische Materialien sind Stoffe, welchen ein äußeres Magnetfeld geringfügig verstärken. Ein im inneren induziertes geringes Magnetfeld ist dem äußeren Magnetfeld gleichgerichtet, deshalb leicht verstärkend. Der Diamagnetische Effekt ist vernachlässigbar.

3) Ferromagnetismus

Ferromagnetische Materialien sind Stoffe, welchen ein äußeres Magnetfeld deutlich verstärken.

Ein im inneren induziertes starkes Magnetfeld ist dem äußeren Magnetfeld gleichgerichtet, deshalb dieses erheblich verstärkend. Der Diamagnetische Effekt ist vernachlässigbar.

Spricht man umgangssprachlich von einer magnetischen Eigenschaft ist diese in aller Regel ferromagnetischer Natur.

Zusammenfassend sind (siehe Abb. 2) die Wirkungen der verschiedenen Materialien $µ$ bzw. $µ_r$(je nach Art ob dia-, para- oder ferromagnetisch) in Bezug auf die induzierte Magnetische Flußdichte $B$ in einem äußeren Magnetfeld der Feldstärke $H$ dargestellt: