Wenn wir magnetisch leitendes Material für die Erzeugung von Feldern für Antriebe nutzen, haben wir einen gewaltigen Hebel zur Optimierung in der Hand. Der Wert der magnetischen Leitfähigkeit erreicht bei einigen Materialien Werte von mehr als 100000. Damit kann bei gleichem Strom ein um Faktor 100000 stärkeres Feld aufgebaut werden als in Luft. Leider zeigt magnetisch leitfähiges Material einige unschöne Effekte, die in diesem Kapitel beschrieben werden.
Magnetisch leitfähiges Material besteht aus winzig kleinen magnetischen Dipolen. Das sind Mini-Magnete innerhalb des Materials, die die beiden magnetischen Pole Nordpol und Südpol aufweisen. Das Material besteht aus winzigen Elementarmagneten, die auch als „Weiß´sche Bezirke“ bekannt sind. Diese weisen jeweils einen magnetischen Nordpol und einen magnetischen Südpol auf. Jeder Elementarmagnet ist von seinem eigenen magnetischen Feld umgeben.
Ein Beispiel für magnetisch leitfähiges Material ist Eisen. Eisen ist zunächst nach außen nicht magnetisch, Sie können damit keine Kraft ausüben. Im Inneren besteht es aber aus vielen Elementarmagneten, die alle zufällig in irgendeine Richtung ausgerichtet sind.
Da sich die Felder aller Elementarmagneten überlagern, löschen sie sich aufgrund der zufälligen Ausrichtung gegenseitig aus. Wir halten jetzt das Stück Eisen in ein magnetisches Feld. Dann richten sich die Elementarmagnete im Eisen in Richtung des äußeren Felds aus. Es braucht Energie, um die Elementarmagneten zu drehen, denn sie sitzen fest in einer Struktur. Sie drehen sich nur gegen einen mechanischen Widerstand (Reibung). Sie drehen sich i. A. nicht vollständig in Feldrichtung.
Wenn wir anschließend das äußere Magnetfeld wieder entfernen, bleiben viele der Elementarmagneten ausgerichtet. Sie verhaken sich mechanisch in der neuen Position ineinander, so dass erneut Energie notwendig wäre, sie wieder zurückzudrehen. Durch diese Ausrichtung erzeugt die Überlagerung aller Elementarfelder ein nach Außen wirksames magnetisches Feld des Eisenstücks: Das Stück Eisen ist selbst zu einem Permanentmagneten geworden. Es erzeugt jetzt selbst ein Feld, da die Elementarmagnete sich makroskopisch wie ein einziger Magnet verhalten.
Das äußere Gesamt-Magnetfeld verhält sich genauso wie das eines Elementarmagneten.
Mit dem neuen Magneten können Sie andere Eisenstücke anziehen. Da das Eisenstück dauerhaft magnetisch bleibt, sprechen wir von einem Permanentmagneten. Das Feld einer Spule existiert nur so lange, wie Strom fließt, deshalb ist dies kein permanentes Feld.
Material im Kern einer Spule
Um das Feld einer Spule bündeln zu können, brauchen wir magnetisch leitfähiges Material im Spulenkern. Damit erreichen wir, dass das Magnetfeld fast nur innerhalb der Spule und kaum noch sinnlos rund um die Spule im Raum existiert. Das Feld in der Spule koppelt so auch weniger stark in andere Schaltungen und Kabel ein. Dieses magnetisch leitfähige Material zur Feldführung besteht aus winzigen Permanentmagneten, so wie oben beschrieben.
Die Eigenschaften von modernen hochgezüchteten Magnetkernen weisen sehr hohe Streuungen auf. Die magnetische Leitfähigkeit kann bei Kernen einer Charge um bis zu 50% abweichen. Die magnetische Leitfähigkeit ist deutlich komplexer als hier dargestellt, sie hängt auch von der Frequenz und der Stromstärke ab.
Bei Interesse schauen Sie sich das folgende Kapitel an. Darin wird erklärt, wie veränderliche Magnetfelder Spannungen induzieren. Dieses Kapitel ist nicht prüfungsrelevant.
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