Ein unmagnetischer Ferromagnet ist ein Material, das das Potential hat, ein Dauermagnet zu werden, aber noch keiner ist. Diesen Ferromagneten platzieren wir in einem Magnetfeld \u2013 z.B. indem wir ihn in eine stromdurchflossene Spule legen. Das \u00e4u\u00dfere Magnetfeld H erzeugt im Werkstoff ein zweites magnetisches Feld, die magnetische Flussdichte B. H ist gewisserma\u00dfen die \u00e4u\u00dfere \u201eKommandogr\u00f6\u00dfe\u201c und B die Reaktion des Werkstoffs auf dieses Kommando. Die magnetische Hysterese beschreibt den Zusammenhang zwischen den beiden Gr\u00f6\u00dfen magnetische Feldst\u00e4rke und magnetische Flussdichte.<\/p>\n
![](\"http:\/\/www.bildungsgutschein.com\/images\/pic-wsblog\/hysterese\/Abb1-Neukurve-u-Hysteresekurve.jpg\")
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Wollen wir eine Hysteresekurve experimentell ermitteln, so platzieren wir einen unmagnetischen Ferromagneten in einer Spule, die zun\u00e4chst stromlos ist. Das bedeutet, H und B sind Null, und wir befinden uns in Abb. 1 im Koordinatenursprung. Erh\u00f6hen wir nun die St\u00e4rke des \u00e4u\u00dferen Feldes H (indem wir die Stromst\u00e4rke des Spulenstromes erh\u00f6hen), so \u00e4ndert sich B zun\u00e4chst sehr wenig (dies wird in der Abb. 1 nicht deutlich), steigt dann aber sehr schnell an und erreicht ab einer gewissen Feldst\u00e4rke +HS eine S\u00e4ttigung. Das bedeutet, B \u00e4ndert sich nun kaum noch, auch wenn H weiter erh\u00f6ht wird. Diesen Kurvenverlauf nennen wir Neukurve (graue Punkte, grauer Pfeil).Die Neukurve tritt nur bei zun\u00e4chst unmagnetischen<\/strong> Ferromagneten auf.<\/p>\n Reduzieren wir H wieder, so laufen wir nicht etwa auf der Neukurve zur\u00fcck, sondern folgen der eigentlichen Hysteresekurve (schwarze Punkte, schwarze Pfeile), und wir messen f\u00fcr H = 0 eine von Null verschiedene Flussdichte +BR, das ist die Remanenz. Remanenz kommt vom lateinischen remanere <\/em>und bedeutet \u201edas, was \u00fcbrig bleibt\u201c. BR ist also die Flussdichte, die im Ferromagneten \u00fcbrig bleibt, wenn das \u00e4u\u00dfere Magnetfeld H ausgeschaltet ist. Jeder Dauermagnet \u201elebt\u201c von seiner Remanenz. Einen Ferromagneten zu magnetisieren und ihn zum Dauermagneten zu machen bedeutet, ihm seine Remanenz BR zu \u201everleihen\u201c.<\/p>\n Jetzt \u00e4ndern wir die Richtung des \u00e4u\u00dferen Feldes H (z.B. indem wir den Stromfluss in der Spule umkehren), erh\u00f6hen H wieder und beobachten B. Bei einer bestimmten Feldst\u00e4rke -HC, der Koerzitivfeldst\u00e4rke, messen wir B = 0. Das lateinische Wort coercere<\/em> bedeutet \u201ein die Schranken verweisen\u201c. HC ist also die Feldst\u00e4rke, die n\u00f6tig ist, um B in seine \u201eSchranken zu verweisen\u201c (B = 0 zu erzwingen). Erh\u00f6hen wir H weiter, so erreichen wir einen weiteren S\u00e4ttigungspunkt (-HS). Durch Umkehrung der Richtung von H und \u00c4nderung der Gr\u00f6\u00dfe von H kann man nun auf der Hysteresekurve zwischen den Punkten +HS, +BR,-HC, -HS,-BR,+HC,+HS umlaufen (schwarze Pfeile). Ferromagnetische Werkstoffe liefern unterschiedliche Hysteresekurven (Abb. 2). Die Hysteresekurven von Weichmagneten sind schmal und durch vergleichsweise kleine Remanenzen sowie Koerzitivfeldst\u00e4rken gekennzeichnet. Die Hysteresekurven von Hartmagneten sind breit und durch vergleichsweise gro\u00dfe Remanenzen sowie Koerzitivfeldst\u00e4rken gekennzeichnet.<\/p>\n Bei der Analyse der magnetischen Hysterese stellen sich einige Fragen, die nachfolgend beantwortet werden sollen: Ferromagnetische Werkstoffe zeichnen sich durch ein kollektives Verhalten der Atome aus \u2013 die magnetischen Momente vieler tausender Atome sind in dieselbe Richtung orientiert und bilden so einen winzigen Dauermagneten. Diese Bereiche gleicher Orientierung der magnetischen Momente nennen wir Wei\u00dfsche Bezirke. Die Wei\u00dfschen Bezirke eines unmagnetischen Ferromagneten sind in alle beliebigen Richtungen orientiert und heben sich dadurch in ihrer magnetischen Wirkung auf. Der Werkstoff ist folglich zwar ferromagnetisch, aber kein Dauermagnet. Die magnetische Flussdichte B beschreibt etwas vereinfacht gesprochen das Verhalten der Wei\u00dfschen Bezirke unter dem Einfluss eines \u00e4u\u00dferen Magnetfeldes H.<\/p>\n In Abb. 3 ist schematisch ein Werkstoff mit vier Wei\u00dfschen Bezirken dargestellt. Die sechs Teilbilder der Abb. 3 werden nachfolgend erl\u00e4utert: Allerdings folgen die Wei\u00dfschen Bezirke und damit auch die magnetische Flussdichte B dem \u00e4u\u00dferen Feld H nicht sofort, sondern mit einer zeitlichen Verz\u00f6gerung. Das liegt daran, dass sich die magnetischen Momente im Werkstoff nur dann drehen (und zum Teil auch verschieben) k\u00f6nnen, wenn es ihnen gelingt, innere Widerst\u00e4nde (z.B. Kristallbaufehler) zu \u00fcberwinden. Um diese inneren Widerst\u00e4nde zu \u00fcberwinden, m\u00fcssen sie zun\u00e4chst Energie \u201esammeln\u201c \u2013 das braucht Zeit und erkl\u00e4rt die zeitliche Verz\u00f6gerung (Hysterese) zwischen H und B. Je mehr und je gr\u00f6\u00dfere innere Widerst\u00e4nde vorhanden sind, desto mehr Energie muss gesammelt werden und desto gr\u00f6\u00dfer ist die zeitliche Verz\u00f6gerung zwischen H und B.<\/p>\n Findet sich die Energiemenge, die f\u00fcr das Drehen der Wei\u00dfschen Bezirke notwendig ist, in unserer Hysteresekurve wieder? Ja, das ist nichts anderes als die Fl\u00e4che, die durch die Hysteresekurve umschlossen wird. Die breiten Hysteresekurven von Hartmagneten mit einer relativ gro\u00dfen umschlossenen Fl\u00e4che k\u00f6nnen wir also wie folgt erkl\u00e4ren: Hartmagnete haben also deshalb eine breite Hysteresekurve, weil dieselben Prozesse, die den Werkstoff hart machen, die Drehung der magnetischen Momente behindern. Das macht es erforderlich, zun\u00e4chst Energie f\u00fcr den Drehprozess zu sammeln, was seine Zeit braucht (Verz\u00f6gerung). Die Fl\u00e4che, die die Hysteresekurve umschlie\u00dft, ist ein Ma\u00df f\u00fcr die Energie, die f\u00fcr diese Umorientierung ben\u00f6tigt wird. Weichmagnete (z.B. St\u00e4hle mit wenig Kohlenstoff) setzen der Umorientierung einen geringen Widerstand entgegen, folglich haben sie eine schmale Hysteresekurve.<\/p>\n Die Breite der Hysteresekurve und die Gr\u00f6\u00dfe der Verz\u00f6gerung zwischen Feldst\u00e4rke H und Flussdichte B haben also etwas damit zu tun, wie viel Energie zur Verf\u00fcgung gestellt werden muss, um die inneren Widerst\u00e4nde zu \u00fcberwinden. Ist gen\u00fcgend Energie vorhanden, dann erfolgen die Drehungen der Wei\u00dfschen Bezirke und damit die \u00c4nderung der magnetischen Flussdichte B sehr schnell. Diese schnelle \u00c4nderung ist auch der Grund f\u00fcr die etwas \u201eviereckige\u201c Form der Hysteresekurve \u2013 das wird im zweiten Teil dieses Blogbeitrages genauer betrachtet.<\/p>\n Der ganze Prozess des Drehens der magnetischen Momente der Wei\u00dfschen Bezirke ist vergleichbar mit dem Verhalten eines Gewichtes, das man auf einen Teppich legt, ein Gummiseil daran befestigt und dann am Seil zieht. Zun\u00e4chst passiert \u2026 nichts – selbst wenn das Gummiseil bereits gespannt ist. Im Gummiseil muss zun\u00e4chst genug Energie gespeichert werden, um die Haftreibung zwischen Teppich und Gewicht zu \u00fcberwinden. Das Gewicht folgt also dem \u201eKommando\u201c des Gummiseiles mit zeitlicher Verz\u00f6gerung. Je rauer der Teppich, desto mehr Energie muss gesammelt werden, und desto gr\u00f6\u00dfer ist folglich die zeitliche Verz\u00f6gerung. Ist gen\u00fcgend Energie gesammelt, beginnt das Gewicht sich zu bewegen \u2013 aber nicht langsam und allm\u00e4hlich, sondern schnell.<\/p>\n Werkstoffe mit schmalen Hysteresekurven \u2013 also Weichmagnete \u2013 finden dort technische Anwendung, wo beim Ummagnetisieren m\u00f6glichst wenig Energie durch das Drehen (bzw. Verschieben) der Wei\u00dfschen Bezirke verloren gehen soll. Ein Beispiel ist der Kern eines Transformators, der Prim\u00e4r- und Sekund\u00e4rspule miteinander \u201everbindet\u201c.<\/p>\n Werkstoffe mit breiten Hysteresekurven \u2013 also Hartmagnete \u2013 finden dort technische Anwendung, wo der Werkstoff sich m\u00f6glichst schwer ummagnetisieren lassen soll. Ein Beispiel ist der Dauermagnet \u2013 der soll seiner Ummagnetisierung\/Entmagnetisierung einen gro\u00dfen Widerstand entgegen setzen (er soll ja ein Dauermagnet bleiben).<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Magnetische Hysterese ist ein Ph\u00e4nomen, das bei ferromagnetischen Materialien auftritt, die sich in einem ver\u00e4nderlichen Magnetfeld befinden<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":457,"comment_status":"open","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_bbp_topic_count":0,"_bbp_reply_count":0,"_bbp_total_topic_count":0,"_bbp_total_reply_count":0,"_bbp_voice_count":0,"_bbp_anonymous_reply_count":0,"_bbp_topic_count_hidden":0,"_bbp_reply_count_hidden":0,"_bbp_forum_subforum_count":0},"categories":[35,8],"tags":[],"yoast_head":"\n
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\n\u2022 Warum wird zun\u00e4chst die Neukurve durchlaufen und sp\u00e4ter nur noch die Hysteresekurve?
\n\u2022 Wie ist das S\u00e4ttigungsverhalten zu erkl\u00e4ren?
\n\u2022 Wieso umschlie\u00dft die Hysteresekurve eine Fl\u00e4che und welche physikalische Bedeutung hat diese Fl\u00e4che?
\n\u2022 Warum haben Ferromagnete einmal schmale Hysteresekurven (kleine umschlossene Fl\u00e4chen) und ein anderes Mal breite Hysteresekurven (gro\u00dfe umschlossene Fl\u00e4chen)?<\/p>\n
\n1. Anfangs sind die magnetischen Momente in alle Richtungen orientiert und heben sich dadurch in ihrer magnetischen Wirkung gegenseitig auf \u2013 der Ferromagnet ist nach au\u00dfen unmagnetisch.
\n2. Nun wird ein \u00e4u\u00dferes Magnetfeld H angelegt und die magnetischen Momente beginnen sich nach dem \u00e4u\u00dferen Feld auszurichten – ebenso, wie es ein Kompass tun w\u00fcrde.
\n3. Je st\u00e4rker das \u00e4u\u00dfere Magnetfeld H wird, desto mehr werden die magnetischen Momente in seine Richtung gezwungen. Das kennzeichnet den Verlauf der Neukurve.
\n4. Schlie\u00dflich sind alle magnetischen Momente mehr oder weniger perfekt in Richtung des Feldes H ausgerichtet. Eine weitere Verst\u00e4rkung des Feldes H \u00e4ndert nichts mehr an dieser Ausrichtung \u2013 das kennzeichnet die S\u00e4ttigung.
\n5. Drehen wir das Feld um, so folgen auch die Wei\u00dfschen Bezirke. Es wird klar, dass eine einfache Umkehrung des Feldes H niemals dazu f\u00fchren kann, dass wir wieder einen Zustand wie in Abb. 3, Teilbild 1erhalten (vier unterschiedliche Richtungen der magnetischen Momente in einem \u00e4u\u00dferen Feld mit einer festen Orientierung, das geht nicht). Es ist also schlichtweg nicht m\u00f6glich, dass bei Feldumkehr auf der Neukurve zur\u00fcckgelaufen wird.
\n6. Ist das Feld nur stark genug, so erreichen wir S\u00e4ttigung mit umgekehrter Feldorientierung<\/p>\n![](\"http:\/\/www.bildungsgutschein.com\/images\/pic-wsblog\/hysterese\/Abb3-weissschen-Bezirke.jpg\")
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\n\u2022 Warum hei\u00dft ein Hartmagnet \u201eHartmagnet\u201c? Weil er hart ist.
\n\u2022 Welche St\u00e4hle sind hart? Z.B. solche mit einem hohen Kohlenstoffgehalt.
\n\u2022 Was macht der Kohlenstoff (ob als einzelnes Atom oder in Form von Karbiden) noch, au\u00dfer den Werkstoff hart machen? Er behindert die magnetischen Momente am Umorientieren.<\/p>\n