Skript zur Vorlesung Physik Teil 1 (Sommersemester) und Teil 2 ...

Skript zur Vorlesung Physik 1 und Physik 2 Seite 170
Prof. Dr. P. Kaul, Fachbereich Biologie Chemie und Werkstofftechnik,
Fachhochschule Bonn-Rhein-Sieg
8.4 Magnetismus in Materie
• Ähnlich wie bei elektrischen Feldern haben auch magnetische Felder Einflüsse auf die Eigenschaf-
ten von Materie.
• Durch die Bewegung der Elektronen um den Kern sowie durch den Spin von Elektronen besitzen
die Atome magnetische Momente, die in Wechselwirkung mit äußeren Magnetfeldern treten kön-
nen.
• Durch fließende Ströme werden in Spulen oder Atomen magnetische Momente erzeugt, die in Rich-
tung des magnetischen Feldes zeigen (! Elektrische Dipole zeigen entgegen der Richtung des elekt-
rischen Feldes)
• vorhandene magnetische Momente richten sich entsprechend dem magnetischen Feld aus und ver-
stärken dieses (Para- und Ferromagnetismus). Induzierte magnetische Momente zeigen entgegen
dem äußeren Feld (Diamagnetismus).
8.4.1 Magnetische Momente
Leiterschleife:
In einem Magnetfeld erfährt eine stromdurchflossene Leiterschleife ein Drehmoment, wobei das Feld der
Leiterschleife nach dem äußeren Feld ausgerichtet wird. Dieses Drehmoment lässt sich durch das magneti-
sche Moment beschreiben:
Drehmoment auf ein magnetisches Moment: M = mxB
Bei einer Leiterschleife lässt sich das magnetische Moment schreiben als:
m = N⋅I ⋅ A
wobei N die Anzahl der Windungen, I der Strom und A der Normalenvektor mit dem Flächeninhalt A sind.
Atomare magnetische Momente:
Als Modell sei eine Ladung q gegeben, die sich mit einer Geschwindigkeit v kreisförmig um einen Atomkern
bewegt. Dann gilt
Drehimpuls L = mel ⋅ v ⋅ r
magnetisches Moment: m = I⋅ A = I⋅ π ⋅r
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Für den Strom I kann auch geschrieben werden: I =
2π ⋅r
Für die Periodendauer gilt: T =
v
Somit ergibt sich:
q
T