Magnetismus A - Z

Magnetisches Moment

Das magnetische Moment ist ein Maß für die magnetischen Kräfte eines Elementarmagneten oder eines Kreisstroms. Über das magnetische Moment wird meist die magnetische Wirkung des Spins von Elementarteilchen angegeben. So besitzt der Elektronenspin ein bestimmtes magnetisches Moment. Auch die atomaren Spins in para- und ferromagnetischen Materialien besitzen ein magnetisches Moment.
Das magnetische Moment bemisst die Stärke des von einem Kreisstrom ausgehenden Magnetfeldes. Für das magnetische Moment \(\vec{m}\)eines Kreisstroms I, der eine Fläche A einschließt gilt:
\(\vec{m} = I \cdot \vec{A}\)
Auch die Stärke der magnetischen Eigenschaften von Elektronenspins oder der Spins anderer Elementarteilchen wird über das magnetische Moment angegeben.
Abbildung: links: Ein Strom I bedingt grundsätzlich eine magnetische Flussdichte B. Die Stärke dieser magnetischen Flussdichte sowie ihre Richtung innerhalb der Leiterschleife kann auch durch das magnetische Moment m charakterisiert werden.
Auf der rechten Seite ist ein elektrischer Dipol gezeigt. Das elektrische Feld zweier entgegengesetzt geladener Körper hat die gleiche Form wie das Magnetfeld einer Leiterschleife. Man spricht hierbei von einem Dipolfeld mit einem zugehörigen Dipolmoment. Eine einzelne Ladung hat ein elektrisches Monopolmoment.
Das magnetische Moment ist ein Vektor, der senkrecht auf der stromumflossenen Fläche steht und dessen Pfeilspitze vom Nordpol wegzeigt. Entsprechend laufen die Feldlinien geschlossen vom Nordpol zum Südpol und dann in der Leiterschleife parallel zum magnetischen Moment wieder zum Nordpol (siehe Abbildung).
Da es keine Magnetfelder mit nur einem Pol gibt (Monopole), ist das einfachste magnetische Moment ein sogenanntes Dipolmoment. Es besitzt immer zwei entgegengesetzte Pole. Elektrische Felder dagegen können auch ein Monopolmoment besitzen. Dies ist das Feld, welches von einer einzelnen Punktladung ausgeht. Zwei Ladungen in einem festen Abstand bilden dagegen, analog zum Magnetismus, ein elektrisches Dipolmoment. (Siehe Abbildung)
Auch bei Permanentmagneten wird die magnetische Wirkung über Kreisströme im Material erklärt. Dabei wird angenommen, dass die Elektronen einen Elektronenspin besitzen, von welchem ein magnetisches Moment ausgeht. Bei der Magnetisierung werden all diese magnetischen Momente parallel ausgerichtet. Man spricht dann auch von magnetischer Polarisation. In ferromagnetischen Materialien führt dies bei hinreichend starker Ausrichtung zu einer permanenten Magnetisierung. Die magnetische Polarisation verschwindet also nicht wieder, wenn das äußere Magnetfeld abgeschaltet wird. Die verbleibende magnetische Polarisation wird auch als Remanenz bezeichnet. Die magnetischen Momente aller Elektronenspins wurden dann parallel ausgerichtet und ergeben eine makroskopische Magnetisierung, welche durch die Summe aller magnetischen Momente der Elektronenspins zu Stande kommt.
Grund für die permanente Ausrichtung ist die Austauschwechselwirkung zwischen allen magnetischen Momenten der Elektronenspins. Diese Austauschwechselwirkung stabilisiert die ausgerichteten Elektronenspins untereinander und es kommt zur Remanenz. Die Ausrichtung der magnetischen Momente kann durch Wärmezufuhr, welche die Bewegung der Elektronen und damit die Durchmischung der magnetischen Momente der Elektronenspins fördert, gestört werden. Auch harte Schläge auf einen Permanentmagneten zerstören die Magnetisierung. Schließlich wird die Magnetisierung durch ein Gegenfeld der Koerzitivfeldstärke zerstört, weil auf die magnetischen Momente der ausgerichteten Elektronenspins durch das Gegenfeld eine Kraft wirkt, die versucht, die magnetischen Momente in die entgegengesetzte Richtung zu drehen.

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