Magnetische Metalle & nichtmagnetische Metalle spielen beide eine wichtige Rolle in der Technik. Magnetismus ist die Grundlage für viele Anwendungen. Gleichzeitig kann diese Eigenschaft unter bestimmten Umständen auch unerwünscht sein.
Daher ist es wichtig zu wissen, welche Metalle magnetisch sind und welche nicht.
Was ist Magnetismus?
Magnetismus ist eine Kraft, die magnetische Objekte anziehen oder abstoßen kann., Magnetfelder, die verschiedene Medien durchdringen, vermitteln diese Kraft.
Magnetismus ist standardmäßig eine Eigenschaft bestimmter Materialien. Einige Materialien können jedoch je nach Anforderung magnetisiert oder entmagnetisiert werden.
Was erzeugt Magnetismus in Metallen?
Wie ein elektrischer Strom wird Magnetismus durch Elektronen auf elementarer Ebene verursacht. Elektronen haben Spin, der einen winzigen magnetischen Dipol erzeugt.
Wenn diese Spins ausgeglichen sind, ist die Nettokraft Null. Bei einer großen Anzahl ungepaarter Elektronen wird dieses unendlich kleine magnetische Moment jedoch groß., Dadurch entsteht ein spürbares Magnetfeld um das Metall herum.
Elektrischer Strom kann auch Magnetfelder erzeugen und umgekehrt. Wenn ein elektrischer Strom durch einen Draht fließt, erzeugt er ein kreisförmiges Magnetfeld um den Draht. In ähnlicher Weise beginnen elektrische Ströme, die ein Magnetfeld in die Nähe eines guten Stromleiters bringen, im Leiter zu fließen.
Diese erstaunliche Beziehung zwischen Elektrizität und Magnetismus hat zu vielen genialen Geräten und Anwendungen geführt.
Magnettypen
Es gibt verschiedene Klassifikationen für Magnete., Eine Möglichkeit, magnetische Metalle voneinander zu unterscheiden, besteht darin, wie lange ihre Eigenschaften aktiv sind. Auf dieser Grundlage können wir Magnete wie folgt klassifizieren:
- Permanent
- Temporär
- Elektromagnete
Werfen wir einen tieferen Blick auf jeden von ihnen.
Permanentmagnete
Permanentmagnete erzeugen aufgrund ihrer inneren Struktur ein Magnetfeld. Sie verlieren ihren Magnetismus nicht leicht. Permanentmagnete bestehen aus ferromagnetischen Materialien, die unabhängig von äußeren Einflüssen nicht aufhören, ihr Magnetfeld zu erzeugen., Somit sind sie stabil gegen entmagnetisierende Kräfte.
Um Permanentmagnete zu verstehen, müssen wir uns die innere Struktur magnetischer Materialien ansehen. Ein Material zeigt magnetische Eigenschaften an, wenn seine Domänen in derselben Richtung ausgerichtet sind. Domänen sind die winzigen Magnetfelder, die in der kristallinen Struktur eines Materials vorhanden sind.
In ferromagnetischen Materialien sind die Domänen perfekt ausgerichtet. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, sie auszurichten, aber die zuverlässigste Methode besteht darin, den Magneten auf eine bestimmte Temperatur zu erhitzen., Diese Temperatur ist für Materialien unterschiedlich und führt zur permanenten Ausrichtung von Domänen in eine Richtung.
Aufgrund ähnlicher Bedingungen im Erdkern verhält es sich wie ein Permanentmagnet.
Temporäre Magnete
Temporäre Magnete behalten, wie der Name schon sagt, nur unter bestimmten Bedingungen ihre magnetischen Eigenschaften. Wenn diese Bedingungen nicht mehr vorhanden sind, verlieren sie ihre Magnetfelder.
Weiche Materialien mit geringen magnetischen Eigenschaften, wie geglühtes Eisen und Stahl, sind Beispiele für temporäre Magnete., Sie werden in Gegenwart eines starken Magnetfeldes magnetisch. Sie zeigen auch geringe Nötigung.
Sie müssen gesehen haben, wie Büroklammern aneinander befestigt werden, wenn ein Permanentmagnet in der Nähe ist. Jede Büroklammer wird zu einem temporären Magneten, der andere Büroklammern in Gegenwart eines Magnetfeldes anzieht. Sobald der Permanentmagnet weggenommen wird, verlieren die Büroklammern ihre magnetischen Eigenschaften.
Elektromagnete
Elektromagnete sind Magnete, die Magnetfelder erzeugen, wenn ein elektrischer Strom durch Sie geht. Sie haben verschiedene Anwendungsfälle., Zum Beispiel Motoren, Generatoren, Relais, Kopfhörer usw. alle verwenden Elektromagnete.
In Elektromagneten wickelt sich eine Drahtspule um einen ferromagnetischen Kern. Das Anschließen des Drahtes an eine Stromquelle erzeugt ein starkes Magnetfeld. Das ferromagnetische Material verstärkt es weiter. Elektromagnete können je nach elektrischem Strom extrem stark sein.
Sie bieten auch die Möglichkeit, die Magnetkraft auf Knopfdruck ein-und auszuschalten. Dies ist eine ganz besondere Eigenschaft, die uns hilft, die Magnetkraft in unseren Anwendungen zu nutzen.,
Nehmen wir das Beispiel eines Krans, mit dem Schrott in einem Schrottplatz abgeholt wird. Mit Hilfe eines Elektromagneten können wir das Altmetall aufnehmen, indem wir einen elektrischen Strom durch ihn leiten. Wenn wir die Teile fallen lassen müssen, müssen wir nur den Strom für den Magneten ausschalten.
Ein weiteres interessantes Beispiel für eine Elektromagnet-Anwendung ist der Maglev-Zug. In dieser Anwendung hebt sich ein Zug von den Gleisen und schwebt. Dies ist nur möglich, wenn ein elektrischer Strom durch Elektromagnete am Zugkörper fließt.,
Dadurch wird der Widerstand des Zuges in Bewegung erheblich reduziert. Daher haben diese Züge sehr hohe Geschwindigkeiten.
Welche Metalle Sind Magnetisch?
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie ein Metall mit einem Magneten interagieren kann. Dies hängt von der inneren Struktur der Materialien ab. Metalle können klassifiziert werden als:
- Ferromagnetisch
- Paramagnetisch
- Diamagnetisch
Während Magnete ferromagnetische Metalle stark anziehen, ziehen sie paramagnetische Metalle nur schwach an. Diamagnetische Materialien hingegen zeigen eine schwache Abstoßung, wenn sie in der Nähe eines Magneten platziert werden., Nur ferromagnetische Metalle gelten als wirklich magnetisch.
Liste der magnetischen Metalle
Schauen wir uns einige der bekanntesten magnetischen Metalle an. Einige von ihnen sind jederzeit magnetisch. Andere, wie Edelstahl, haben magnetische Eigenschaften nur mit einer bestimmten chemischen Zusammensetzung.
Eisen
Eisen ist ein äußerst bekanntes ferromagnetisches Metall. Es ist in der Tat das stärkste ferromagnetische Metall. Es bildet einen integralen Bestandteil des Erdkerns und verleiht unserem Planeten seine magnetischen Eigenschaften., Deshalb wirkt die Erde selbst als Permanentmagnet.
Es gibt viele Aspekte, die zum Magnetismus von Eisen beitragen. Neben seinem Nettoelektronenspin auf atomarer Ebene spielt auch seine kristalline Struktur eine wichtige Rolle. Ohne sie wäre Eisen kein magnetisches Metall.
Unterschiedliche kristalline Strukturen ergeben unterschiedliche Eiseneigenschaften.
Eisen ist in seiner körperzentrierten kubischen (bcc) alpha-FE-Struktur ferromagnetisch. Gleichzeitig zeigt es keinen Magnetismus in der gesichtszentrierten kubischen (fcc) Gamma-Fe-Struktur., Beta-Fe-Struktur, zum Beispiel, zeigt paramagnetische Tendenzen.
Nickel
Nickel ist ein weiteres beliebtes magnetische Metall mit ferromagnetischen Eigenschaften. Wie Eisen sind seine Verbindungen im Erdkern vorhanden. Historisch gesehen wurde Nickel zur Herstellung von Münzen verwendet.
Nickel findet heute Verwendung in Batterien, Beschichtungen, Küchengeräten, Telefonen, Gebäuden, Transportmitteln und Schmuck. Ein großer Teil des Nickels wird verwendet, um Ferronickel für Edelstahl herzustellen.
Nickel ist aufgrund seiner magnetischen Eigenschaften auch Teil von Alnico-Magneten (aus Aluminium, Nickel und Kobalt)., Diese Magnete sind stärker als Seltenerd-Metallmagnete, aber schwächer als Magnete auf Eisenbasis.
Kobalt
Kobalt ist ein wichtiges ferromagnetisches Metall. Seit über 100 Jahren haben die hervorragenden magnetischen Eigenschaften von Kobalt dazu beigetragen, eine Vielzahl von Anwendungen zu entwickeln.
Kobalt kann sowohl für weiche als auch für harte Magnete verwendet werden. Weiche Magnete, die Kobalt verwenden, haben Vorteile gegenüber anderen weichen Magneten. Sie haben nämlich einen hohen Sättigungspunkt, Curie-Temperaturen im Bereich von 950…990° Celsius. Somit können sie für Hochtemperaturanwendungen (bis unter 500° Celsius) verwendet werden.,
Kobalt mit seinen Legierungen wird in Festplatten, Windkraftanlagen, MRT-Maschinen, Motoren, Aktoren und Sensoren eingesetzt.
Stahl
Stahl weist auch ferromagnetische Eigenschaften auf, da er aus Eisen gewonnen wird. Die meisten Stähle werden von einem Magneten angezogen. Bei Bedarf kann Stahl auch zur Herstellung von Permanentmagneten verwendet werden.
Nehmen wir das Beispiel Stahl EN C15D. Diese Stahlsorte enthält 98,81 bis 99,26% Eisen. Somit ist ein sehr hoher Prozentsatz dieser Stahlsorte Eisen. Daher übertragen sich die ferromagnetischen Eigenschaften von Eisen auf Stahl.,
Edelstahl
Einige rostfreie Stähle sind magnetisch und einige nicht. Ein legierter Stahl wird zu einem Edelstahl, wenn er mindestens 10,5% Chrom enthält. Aufgrund der unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen gibt es verschiedene Arten von Edelstahl.
Ferritische und martensitische rostfreie Stähle sind aufgrund ihrer Eisenzusammensetzung und Molekülstruktur magnetisch.,
Austenitische Stähle hingegen weisen aufgrund einer anderen molekularen Struktur keine ferromagnetischen Eigenschaften auf. Dies macht die geeignet für den Einsatz in MRT-Maschinen.
Der Strukturunterschied ergibt sich aus der Nickelmenge. Es stärkt die Oxidschicht für einen besseren Korrosionsschutz, verändert aber auch die Struktur von Edelstahl.
Seltenerdmetalle
Zusammen mit den oben genannten Metallen weisen Verbindungen einiger Seltenerdelemente auch ausgezeichnete ferromagnetische Eigenschaften auf., Gadolinium, Samarium, Neodym sind alle Beispiele für magnetische Seltenerdmetalle.
Verschiedene Magnete mit unterschiedlichen Eigenschaften können unter Verwendung der oben genannten Metalle in Kombination mit Eisen, Nickel und Kobalt hergestellt werden. Diese Magnete haben spezifische Eigenschaften, die für bestimmte Anwendungen erforderlich sind.
Zum Beispiel sind Samarium-Kobalt-Magnete in Turbomaschinen, High-End-Elektromotoren usw. vorhanden.
Welche Metalle Sind Nicht Magnetisch?
Nur wenige Metalle im Periodensystem sind magnetisch. Die meisten anderen gängigen Metalle sind nichtmagnetische Metalle. Schauen wir uns einige von ihnen an.,
Liste der nichtmagnetischen Metalle
Aluminium
Die Kristallstruktur von Aluminium macht es ähnlich wie Lithium und Magnesium nicht magnetisch. Alle drei Materialien sind beliebte Beispiele für paramagnetische Metalle.
Obwohl verschiedene Arten von Aluminiumkorrosion auftreten können, ist es für seine Beständigkeit gegen korrosive Umgebungen bekannt. Dies macht es zusammen mit seinem geringen Gewicht zu einem nützlichen Metall in vielen Branchen.
Gold
Gold ist ein diamagnetischen Metall wie die meisten anderen Metalle., Gold ist in seiner reinen Form nicht magnetisch und weist wie alle diamagnetischen Metalle nur eine schwache Abstoßung gegen Magnete auf.
Silber
Silber ist ein weiteres nichtmagnetisches Metall. Diese Eigenschaft ermöglicht die Identifizierung von gefälschtem Silber. Wenn die „Silber“ – Münzen oder Schmuck zieht Magneten, es ist etwas anderes.
Kupfer
Ist Kupfer Magnetischen?
Kupfer selbst ist nicht magnetisch, sondern interagiert in gewissem Maße mit Magneten. Diese Eigenschaft hilft bei der Stromerzeugung in Kraftwerken.,
Schlussfolgerung
Mit einem ausreichend großen Magnetfeld interagieren alle Arten von Metallen mit einem Magneten. Dies liegt daran, dass Wirbelströme in Metallen aufgebaut sind, wenn sie einem sich bewegenden Magnetfeld ausgesetzt sind.
Mit diesem Prinzip können Metalldetektoren nichtmagnetische Metalle wie Gold, Silber erkennen. Für die meisten praktischen Zwecke reicht diese Interaktion jedoch nicht aus und begrenzt die möglichen Anwendungsfälle.