Magnetismus

[nobody]

Kann mir irgend jemand verraten, wie ich mir auf atomarer Basis ein Magnetfeld vorstellen kann?
Ich habe dazu nirgendwo eindeutige Aussagen gefunden.

Gruß terra

[Borg]

Oh ja. Das würde mich auch mal interessieren, da unsere Physiklehrerin auf unsere Fragen zu diesem Thema nur mit "Das lernt ihr im Studium" geantwortet hat. Ach ja, und wenn schon jemand dabei ist könnte der vielleicht auch die Abstandsregel zur genauen Berechnung für die Kräfte zwischen zwei Magneten erklären. (Das lernt ihr später !)

Falls jemand antwortet schon mal Danke im Voraus. ;)

[nobody]

Atome bestehen aus Ladungen (Kern und Elektronen)

Elektronen und viele Kerne haben einen Spin, d.h. sie drehen sich im Kreis (wie die Erde).
Bewegte Ladungen erzeugen Magnetfelder (Maxwell'sche Gleichungen), und so besitzen Elektronen und Kerne mit Spin ein magnetisches Moment, das in die Richtung des Spins (also in Drehachse zeigt). Das magnetische Moment hat also eine Richtung. Man kann sich deshalb ein magnetisches Moment als einen kleinen Magneten vorstellen.

Im atomaren Bereich gibt es also Magnete nur dadurch, dass sich elektrische Ladungen bewegen.

Da die magnetischen Momente gequantelt sind, haben sie nur wenige Möglichkeiten, sich in einem äußeren Magnetfeld auszurichten (Elektron, Proton: 2 Möglichkeiten (Spin 1/2), Kerne mit Spin 1: 3 Möglichkeiten; insgesamt 2I+1 Möglichkeiten, wenn I der Spin ist)

Bei den Elektronen kommt noch ein Beitrag zum magnetischen Moment durch die Bewegung um den Atomkern hinzu ("Bahnmoment"), der von Element zu Element verschieden ist, sodass sich das magnetische Moment des freien Elektrons von dem eines gebundenen unterscheidet. Dies ist die Grundlage der ESR-Spektroskopie, mit der man Substanzen mit ungepaarten Elektronen untersuchen kann, also Radikale.

Hat man es mit Kernspins zu tun, dann untersucht man die magnetischen Momente mit der NMR-Spektroskopie.

Nun kann das magnetische Moment des Elektrons auch mit dem des Kerns wechselwirken, das heißt, Kernmoment und Elektronmoment beeinflussen sich gegenseitig.
Das darf man sich aber nicht als "Magnetfeld" vorstellen, also in dem Sinne, dass das Elektron sich im "Magnetfeld" des Kerns befindet.

Auf atomarer Basis geschieht die Wechselwirkung zwischen Atomkern und Elektron dadurch, dass das Elektron (nach der Schrödinger-Gleichung) eine endliche Aufenthaltswahrscheinlichkeit am Kernort hat (wenn es sich in einem Orbital mit s-Charakter befindet, z.B. sp3-Orbitale), d.h. diese Wechselwirkung ist direkt und nicht - wie im makroskopischen Bereich - ein durch den Raum wirkendes "Feld".

Ich weiß nicht, ob das eine Antwort auf die Frage ist, aber wenn die Fragen genauer sind, gibts auch genauere Antworten ;)

Ich hoffe aber, das stimmt alles so, ich habe das jetzt so aus dem Gedächtnis geschrieben.

[Borg]

Also mir jedenfalls hat's gereicht. Bin jetzt rundum glücklich. Vielen Dank.

[nobody]

:jump_green:
Ja, das war genau in die Richtung erzählt, die ich meinte. Ich denke besser Zusammengefasst findet man so etwas in keinem Buch.

Super DANKE!

Aber da ist mir gleich noch ne Frage(n) eingefallen:
Mir fällt es schwer die oben genannten Tatsachen auf die Realität zu beziehen...
-Also Elektromagnet kann ich mir noch vorstellen, aber wo ist der unterschied in magnetischen Stoffen zu nicht magnetischen Stoffen?
-Und wieso kann man Elemente wie Fe magnetisch machen, andere aber kaum bzw. nur geringer. Ist das "Bahnmoment" sooo unterschiedlich bei den einzelnen Elementen?
-Wo wir gerade dabei sind... Wie ist das denn mit dem Magnetischen Feld der Erde??

Oder bin ich mit meinen Fragestellung schon auf dem völlig faschen Weg? Kann man die Atomaren Magnetischen Beziehungen überhaupt mit dem "Makro- Magnetismus" vergleichen??!

Ich hab da noch nicht so ganz den Durchblick!
Bin für jede Belehrung dankbar!

Gruß terra

[nobody]

Oy, Du willst es aber genau wissen!

So aus dem Stehgreif weiß ich dazu auch nicht viel, aber ich werde mal meine Bibliothek dazu konsulitieren ;)

Was mir spontan einfällt:

Magnetische Stoffe können sein:

a) ferromagnetisch, wie z.B. Eisen. Die magnetischen Momente (der Elektronen) richten sich im äußeren Feld aus. Das geht besonders gut bei Metallen.
b) paramagnetisch, z.B. Sauerstoff (ist ein Diradikal). Diese Stoffe besitzen ungepaarte Elektronen.
c) diamagnetisch. Diese Stoffe besitzen nur gepaarte Elektronen. Diamagnetisch sind alle Stoffe, denn alle Stoffe besitzen gepaarte Elektronen, nur dass der diamagnet. Effekt in den Hintergrund tritt, wenn es andere Effekte gibt, z.B. Paramagnetismus.

Es gibt noch andere Formen von Magnetismus: Antiferromagnetismus, Ferrimagnetismus und Antiferrimagnetismus.

All diese Stoffe verhalten sich unterschiedlich im magnetischen Feld. Dass sich im Eisen die magnet. Momente in Feldrichtung ausrichten können, liegt an der freien Beweglichkeit der Elektronen im (leitenden) Metall.
In diesem Maßstab hängen die magnetischen Eigenschaften stark ab von Kristallstruktur und Temperatur.

Ich weiß aber leider nicht mehr, wie das alles zusammenhängt; und warum die Erde ein Magnetfeld hat, fällt mir auch im Moment nicht ein. Später vielleicht mehr ;)

Dirk

[nobody]

Hi Dirk!!

DANKE schon mal für die bisherigen Infos!

Währe nett wenn du die anderen Sachverhalte auch noch so einfach darstellen könntest....

Bist du Physik-Student??

[Borg]

Ach ja. Was ist mit der Abstandsregel zur Bestimmung welche Kräfte auf einen Probenordpol wirken, der sich im Magnetfeld befindet ? Kennt die Irgendwer ?

[nobody]

@terra
Ich hab' zwar ein paar Semester Physik studiert, jetzt lerne ich aber für meine Chemie-Diplomprüfungen *bibberbibberbibber*.
Deswegen habe ich auch momentan kaum Zeit, etwas zu schreiben.

[nobody]

Ich kann nur beifügen warum die Erde ein Magnetfeld hat: Die Erde ist positiv geladen und die Wolken bzw. der Himmel
negativ-->Blitze.
Die Erde besitzt in ihrer Mitten einen festen Eisenkern (Einkristall?).
Die Erde dreht sich, hat also gewissermassen einen Spin und gleicht also eigentlich einem Proton.
Nun, bewegte ladungen besitzen ein Magnetfeld also, da beides zutrifft hat die Erde ein Magnetfeld, welches sich zwar etwa alle 10'000a umkehrt, aber wen interessiert das denn schon....

Replyed by Nightflyer

[nobody]

Also, ich hab' hier was zum Magnetfeld der Erde.

Das Magnetfeld kommt sicher nicht durch eine positive Ladung der Erde und negative Ladung der Wolken zustande (es geht ja auch um "magnetische" Ladungen, und nicht um "elektrische"), denn dann würde man ja mit Hilfe eines Kompasses immer zum Erdmittelpunt gelangen.

Auch der Eisenkern ist nicht der Grund für ein Magnetfeld, weil schon 20 - 30 km unterhalb der Oberfläche der Curie-Punkt des Eisens überschritten ist, d.h. die thermische Bewegung der Atome ist so gross, das eine Magnetisierung nicht mehr stabil ist. Erst recht gilt das für das Eisen im Kern.

Das Magnetfeld der Erde entsteht also durch einen Kreisstrom im Erdinnern. Bei 3000 km Radius bräuchte man einenen Strom von 3.000.000.000 Ampère, um das Magnetfeld der Erde zu erzeugen. Das sieht viel aus, bedeutet aber nur eine Stromdichte von 10-4A/m2, bzw. eletrische Felder von 10-11V/m, was bei Eisen und auch bei Silikaten unter Druck leicht zu erreichen ist.

Solche Ringfelder werden schon induziert, sobald sich irgendwelche Teile im Erdinnern relativ zueinander bewegen. Für die betreffenden Felder benötigt man nur eine Relativgeschwindigkeit von 1 m/Jahr.

Die Rotation des Erdkerns erzeugt im schwachen Feld (durch irgendeine Restmagnetisierung) der Erdkruste Induktiosnströme, die das Magnetfeld verstärken.

Na ja, so ganz verstehe ich das auch nicht, da müßte man sich mal etwas mehr mit beschäftigen...

Jedenfalls haben diese Strömungssysteme nur bedingt was mit der Erdrotation zu tun (der magnetische Nordpol liegt ja auch nicht mit der Drehachse zusammen).
Außerdem gibt es regionale Anomalien, so zeigt in Deutschland die Kompassnadel genau nach Norden, weil es einen zusätzlichen kleinen Südpol in Sinkiang gibt (durch Störungen im Strömungssystem durch Basaltlagerstätten oder Erze).

Einmal ganz davon abgesehen, dass der Nordpol eigentlich ein physikalischer Südpol ist, weil er die N-Seite der Nadel anzieht.

Quelle: Der gute alte Gerthsen, 19. Auflage.

[This message has been edited by Dirk (edited 09-09-2000).]