Wie Permanentmagnete Funktionieren
Permanentmagnete sind faszinierende Elemente, deren Funktionsweise auf der Ausrichtung der magnetischen Momente von Atomen oder Ionen innerhalb des Materials beruht. Diese magnetischen Momente entstehen durch den Spin und die Orbitalbewegung der Elektronen um den Atomkern. In den meisten Materialien sind die magnetischen Momente der einzelnen Atome oder Ionen zufällig orientiert, was zu einem Netto-Magnetmoment von Null führt. Bei Permanentmagneten hingegen sind erhebliche Teile der magnetischen Momente in dieselbe Richtung ausgerichtet, was ein Netto-Magnetmoment und ein starkes Magnetfeld erzeugt.
Magnetische Domänen und Austauschkopplung
Eine magnetische Domäne ist ein Bereich innerhalb eines magnetischen Materials, in dem die magnetischen Momente in dieselbe Richtung ausgerichtet sind. In Permanentmagneten sind die magnetischen Domänen so ausgerichtet, dass ihre Magnetfelder einander verstärken, was zu einem starken externen Magnetfeld führt. Die Ausrichtung der magnetischen Domänen in Permanentmagneten lässt sich auf ein Phänomen zurückführen, das als Austauschkopplung oder Austauschwechselwirkung bekannt ist. Dies ist ein quantenmechanischer Effekt, der eine parallele Ausrichtung benachbarter magnetischer Momente begünstigt, was zur Bildung von magnetischen Domänen führt. Die Kristallstruktur, chemische Zusammensetzung und Temperatur des Materials können alle die Stärke der Austauschwechselwirkung und die Stabilität der magnetischen Domänen beeinflussen.
Arten von Permanentmagnetmaterialien
Alnico-Magnete: Alnico-Magnete sind eine Legierung aus Aluminium (Al), Nickel (Ni) und Kobalt (Co), mit kleinen Mengen anderer Elemente wie Eisen und Kupfer. Sie waren die ersten weit verbreiteten Permanentmagnete und sind bekannt für ihre hohen Magnetfelder, gute Temperaturstabilität und Widerstandsfähigkeit gegen Entmagnetisierung. Allerdings können sie relativ spröde sein und werden in modernen Anwendungen oft durch fortschrittlichere Magnetmaterialien ersetzt.
Ferritmagnete: Auch bekannt als Keramikmagnete, bestehen Ferritmagnete aus Eisenoxid (Fe2O3) kombiniert mit anderen metallischen Elementen wie Strontium, Barium oder Mangan. Sie weisen eine moderate magnetische Stärke auf, sind korrosionsbeständig und haben niedrige Herstellungskosten. Ferritmagnete werden in alltäglichen Anwendungen wie Kühlschrankmagneten, Lautsprechern und kleinen Motoren eingesetzt.
Seltene-Erden-Magnete: Seltene-Erden-Magnete sind eine Gruppe von Hochleistungspermanentmagneten, die aus Legierungen von Seltenen-Erden-Elementen hergestellt werden. Zwei Haupttypen von Seltenen-Erden-Magneten sind:
- Neodymmagnete: Neodymmagnete bestehen aus einer Legierung von Neodym (Nd), Eisen (Fe) und Bor (B). Sie gehören zu den stärksten verfügbaren Permanentmagneten, mit einem hohen Energieprodukt und ausgezeichneter Koerzitivität. Allerdings sind sie anfällig für Korrosion und können bei erhöhten Temperaturen ihre magnetischen Eigenschaften verlieren.
- Samarium-Kobalt-Magnete: Samarium-Kobalt (SmCo) Magnete bestehen aus Samarium (Sm) und Kobalt (Co). Sie bieten eine hohe magnetische Stärke, ausgezeichnete Temperaturstabilität und gute Korrosionsbeständigkeit. Allerdings sind sie teurer und spröder im Vergleich zu Neodymmagneten.
