Magnetismus ist eine natürliche Kraft, die es Magneten ermöglicht, mit anderen Magneten und bestimmten Metallen aus der Ferne zu interagieren. Jeder Magnet hat zwei Pole, die als „Nord-“ und „Süd-Pol“ bezeichnet werden. Wie magnetische Pole stoßen sich gegenseitig weg und unterschiedliche Pole ziehen einander näher. Alle Magnete ziehen bestimmte Metalle an. Es gibt zwei Arten von Magneten. Es gibt natürlich vorkommende Magnete und Magnete aus elektrische Teile, sogenannte „Elektromagnete“.
Verbindung zwischen Elektrizität und Magnetismus
Elektrizität und Magnetismus, obwohl scheinbar zwei getrennte Kräfte, sind tatsächlich eng miteinander verbunden. Das im 19. Jahrhundert vom Physiker Michael Faraday entdeckte Gesetz der elektromagnetischen Induktion zeigt, dass bewegte elektrische Ladungen Magnetfelder erzeugen. Dies ist die Grundlage für die Existenz natürlich vorkommender Magnete und künstlicher Elektromagnete, so Kristen Coyne vom National High Magnetic Field Laboratory.
Natürliche Magnete
Bei natürlich vorkommenden Magneten wird der Strom der sich bewegenden elektrischen Ladungen, der das Magnetfeld erzeugt, im Inneren des Magneten erzeugt. Atome, die winzigen Teilchen, aus denen alle physikalischen Objekte bestehen, bestehen aus geladenen Elektronen, die Kernteilchen umkreisen. Da sich die Elektronen ständig um den Kern bewegen, erzeugen sie ständig Magnetfelder.
Warum natürliche Magnete magnetische Felder haben
In den meisten Materialien zeigen die Nord- und Südpole dieser winzigen Atommagnete in alle Richtungen. Dadurch heben sich die Effekte jedes einzelnen auf und das Material bleibt unmagnetisch. In einigen Materialien, meist Metallen, reihen sich diese winzigen Magnete aneinander und machen das gesamte Objekt magnetisch.
Elektromagnetteile
Ein Elektromagnet ist ein Gerät, das aus drei einfachen Teilen besteht. Eine Drahtspule wird um einen Kern aus Metall, normalerweise Eisen, gewickelt. An die Drahtspule ist eine Batterie oder eine andere Stromquelle angeschlossen. Der Draht ist im Allgemeinen sehr dünn und mit Emaille isoliert, um die Größe weiter klein zu halten.
Wie Elektromagnete funktionieren
Wenn Spannung an die Spule angelegt wird, beginnt ein elektrischer Strom durch sie zu fließen. Dadurch bildet sich um den Draht ein Magnetfeld. Die Spulenform zwingt das Magnetfeld des Stroms in eine spezielle Konfiguration. Alle Felder jeder Schleife der Spule sind so ausgerichtet, dass der Effekt wie ein natürlicher Stabmagnet ist. Ein Ende der Spule ist ein Nordpol und das andere Ende ist ein Südpol. Der Eisenkern verstärkt das Feld des Drahtes und macht den Elektromagneten stärker.
Im Vergleich
In vielerlei Hinsicht sind ein natürlicher Magnet und ein Elektromagnet gleich. Beides sind Objekte, die aus elektrischen Strömen große Magnetfelder erzeugen. Beide haben einen Nord- und einen Südpol. Ein Elektromagnet kann jedoch seine Stärke variieren (indem er seinen Strom variiert) und ein natürlicher Magnet kann dies nicht. Ein Elektromagnet kann seine Pole umschalten (indem er seine Spannung umkehrt), während ein natürlicher Magnet dies nicht kann. Das Feld eines natürlichen Magneten wird durch viele mikroskopische Ströme erzeugt. Das Feld eines Elektromagneten wird durch einen einzigen großen Strom erzeugt.