Magnetische Permeabilität µ

Hallo und herzlich willkommen zu Physik mit Kalle! Wir wollen uns heute aus dem Gebiet Elektrizität und Magnetismus die magnetische Permeabilität μ näher ansehen. Für dieses Video solltet ihr mindestens das Video "Das Dielektrikum und seine Permittivität" gesehen haben. Dann mal los. Wir lernen heute was die magnetische Permeabilität μ genau ist, was in einem Stoff im Magnetfeld eigentlich genau passiert und zum Schluss gibt es noch ein paar Beispiele für verschiedene Permeabilitätszahlen. Dann wollen wir mal. Was ist denn nun die Permeabilität? Diese Frage lässt sich leicht beantworten, wenn man verstanden hat was die Permittivität ist, denn die magnetische Permeabilität ist für das Magnetfeld das, was die Permittivität für das elektrische Feld ist. Sie ist nämlich ein Maß dafür, wie durchlässig ein bestimmter Stoff für magnetische Felder ist. Der Name "Permeabilität" kommt übrigens vom lateinischen "permeare", was so viel heißt wie "durchdringen". Man schreibt auch bei der Permeabilität μ=μ0×μr. μr ist dabei die relative Permeabilität eines bestimmten Stoffes, die also angibt wie stark sich μ von μ0 unterscheidet. μ0 ist die Permeabilität des Vakuums. Man sagt auch magnetische Feldkonstante dazu. Der Grund dafür ist, dass man ja meistens in Luft oder Vakuum rechnet und wie schon bei der Permittivität unterscheidet sich die Permeabilität der Luft so gut wie nicht von der des Vakuums, sodass man dann in der Formel statt μ gleich μ0 schreibt. Die magnetische Permeabilität des Vakuums findest ihr auch in eurer Formelsammlung. Sie beträgt 1,25664×10^-6 H/m oder N/A², je nachdem was euch besser gefällt. So, dann wollen wir uns mal ansehen, was genau in einem Stoff passiert, der sich in einem Magnetfeld befindet. In einem Dielektrikum im elektrischen Feld haben wir Polarisationseffekte beobachtet. Das heißt, unter Einfluss des Feldes hatten sich Ladungsträger verschoben und Moleküle mit Dipolmoment ausgerichtet. Im Magnetfeld passiert nun etwas ganz ähnliches. Unter Einfluss des äußeren magnetischen Feldes richten sich die magnetischen Momente in unserem Material in eine bestimmte Richtung aus. Aber in welche Richtung, das hängt von der relativen Permeabilität ab. Ist 0≤μr<1, so spricht man von Diamagnetismus. Diamagnetische Stoffe versuchen, das Magnetfeld aus ihrem Inneren zu vertreiben. Sie schwächen es also leicht ab. Wenn die relative Permeabilität μr>1, aber nicht viel größer ist, so spricht man von Paramagnetismus. Die magnetischen Momente in paramagnetischen Stoffen, richten sich grob in der Richtung des Magnetfeldes aus und verstärken es so in ihrem Inneren leicht. Ist μr>>1, so spricht man von Ferromagnetismus. In ferromagnetischen Materialien richten sich die magnetischen Momente parallel zum Feld aus und verstärken es um ein Vielfaches. So, zum Schluss wollen wir uns jetzt noch ein paar Beispiele für relative Permeabilitätszahlen ansehen. Fangen wir gleich mal mit einem Spezialfall an. Ein Supraleiter, also ein Stoff, dessen elektrischer Widerstand gleich 0 ist, hat auch die Eigenschaft, dass seine relative Permeabilität gleich 0 ist. Das heißt, er verdrängt jedes magnetische Feld komplett aus seinem Inneren und ist damit ein idealer Diamagnet. Ein etwas typischerer Diamagnet wäre zum Beispiel Kupfer, das ihr hier auch rechts im Bild seht. Kupfer hat eine relative Permeabilität von 0,9999936. Wie wir vorhin schon gehört haben unterscheidet sich die Permeabilität der Luft so gut wie nicht von der des Vakuums. Die relative Permeabilitätszahl der Luft ist 1,0000004. Ein kleines bisschen größer ist die relative Permeabilität von Platin, von dem ich euch auch ein Bild mitgebracht habe. Seine relative Permeabilität beträgt 1,000257. Als nächstes kommen wir zu Kobalt, das ihr euch ebenfalls näher rechts ansehen könnt, und damit endlich zu größeren Zahlen, denn die relative Permeabilität von Kobalt liegt, je nach Reinheit, zwischen 80 und 200. So, zu guter Letzt kommen wir zum Eisen, nach dem auch der Ferromagnetismus benannt ist, denn "ferrum" ist ja lateinisch für "Eisen". Reines Eisen kann, je nach Reinheitsgrad, relative Permeabilitätszahlen von 300 bis 300.000 haben. Ihr seht also, diamagnetische Stoffe befinden sich zwischen 0 und 1, wobei der Supraleiter eine Ausnahme ist. Silber zum Beispiel, ein weiterer diamagnetischer Stoff, hat eine relative Permeabilität von 0,999975, das heißt, die meisten diamagnetischen Stoffe befinden sich ganz kurz vor der 1. Die paramagnetischen Stoffe sind zwar größer als 1, aber ebenfalls nicht weit davon entfernt. Die einzigen Stoffe, die also eine deutliche Reaktion auf das Magnetfeld zeigen, sind die Ferromagnete. Und die sind auch die Materialien, die man als klassisch magnetisch bezeichnet. Bei Zimmertemperatur sind es nur drei Stück und ihr könnt sie euch mit folgendem Merksatz merken: "Kobalt, Eisen, Nickel hat der Magnet am Wickel." Wir wollen noch mal wiederholen, was wir heute gelernt haben. Die magnetische Permeabilität μ ist ein Maß dafür, wie durchlässig ein Stoff für magnetische Felder ist. Man schreibt μ als μ0, also die Permeabilität des Vakuums, mal eine relative Permeabilitätszahl μr für das bestimmte Material. μr beschreibt welche Art von Magnetismus vorliegt. Ist 0≤μr<1, so spricht man von einem Diamagneten. Ist μr>1, aber nicht viel, so spricht man von Paramagneten und für μr>>1 spricht man von sogenannten Ferromagneten. Beispiele für Diamagneten sind zum Beispiel Kupfer und Silber. Paramagnetische Stoffe könnten zum Beispiel Platin oder Luft sein, während Ferromagneten Eisen, Kobalt und Nickel sind. So, das war es schon wieder für heute. Ich hoffe, ich konnte euch helfen. Vielen Dank für's Zuschauen, vielleicht bis bald! Euer Kalle