7.1.3 Merkpunkte zu Kapitel 7.1. Magnetische Dipole und Arten des Magnetismus

Es gibt keine elementaren magnetische Monopole – wohl aber elementare magnetische Dipole:  
me   =   ± mBohr 
mAtom   =   S mBohr    =  kleinst-
möglich
Geradzahliges z     Þ mAtom = 0
Ungeradzahliges z  Þ mAtom = (1, 2, 3, ...) · mBohr
1. Ein magnetisches Bahnmoment mBahn, das aus dem "Strom" der Elektronen resultiert, die "im Kreis" um einen Atomkern "fließen".  
2. Ein magnetisches Spinmoment, d. h. ein mit dem Spin der Elektronen gekoppeltes magnetisches Moment, das die Elektronen schlicht "haben".  
Beide sind ±1 Bohrsches Magneton groß.  
Das magnetische Moment eines Atoms kommt von der Überlagerung der Bahn- und Spinmomente und tendiert dazu, so klein wie möglich zu sein.  
Damit hat aber die Hälfte der Atome (alle mit ungeradzahligem z) mindestens ein mBohr.  
Wichtig: Magnetische Momente der Atome können in jede Richtung zeigen und diese Richtung auch ändern, ohne daß das im Kristall fest gebundene Atom sich drehen muss!  
Richtung magn. Momente
Bei elektrischen Dipolmomenten im Kristall geht das nicht! (Das geht nur bei Flüssigkeiten.)  
Im magnetischen Feld gibt es zwei grundlegende Materialeffekte:  
Diamagnetische Materialien Minimaler Effekt;
vollständig uninteressant für ET&IT,
wird nicht weiter behandelt.
Paramagnetische Materialien
In Atomen / Kristallen ohne magnetisches Moment der Atome werden durch ein magnetisches H-Feld welche induziert (Analogon bei Dielektrika: Elektronenpolarisation).  
In Atomen / Kristallen mit magnetischem Moment der Atome werden diese Momente im H-Feld etwas ausgerichtet  
Interessant sind nur ferromagnetische Materialien, bei denen zwischen den magnetischen Momenten der Atome eine so starke Wechselwirkung besteht, dass eine Ordnung in den sonst statistisch verteilten Richtungen der magnetischen Momente auftritt.  
Magnetische Ordnungen
In den technisch sehr wichtigen ferromagnetischen Materialien (Fe, Co, Ni) zeigen die magnetischen Momente alle in dieselbe Richtung, der Nettoeffekt ist einestarke Magnetisierung.  
In den technisch (noch) unwichtigen anti-ferromagnetischen Materialien (Cr) zeigen die magnetischen Momente abwechselnd in entgegegesetzte Richtung. Der Nettoeffekt ist keine Magnetisierung  
In den technisch sehr wichtigen ferrimagnetischen Materialien bleibt trotz antiferromagnetischer Grundstruktur eine Nettomagnetisierung, da die antiparallelen Momente ungleich groß sind.Þ  
       
Die formale Beschreibung folgt der Systematik bei den Dielektrika.
B  =   µo · H  +  J  =  µo · (H + M

M  =   J / µo  =  (µr – 1) · H  =  cmag  · H
Primäre Materialparameter sind die magnetische Polarisation J oder die Magnetisierung M sowie die magnetische Suszeptibilität cmag.  
Für Ferromagnetika ist allerdings M nur für kleine Magnetfelder proportional zu H; die Angabe einer konstanten magnetischen Suszeptibiltät ist also nur bedingt sinnvoll.  

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© H. Föll (MaWi für ET&IT - Script)