Magnetische polarisatie
Wat wordt er bedoeld met magnetische polarisatie?
Onder magnetische polarisatie van een ferromagnetisch materiaal verstaat men de uitlijning van de elementaire magneten in het materiaal, oftewel het proces van magnetisering. Vaak worden ook de richting en sterkte van de magnetische krachten, die door de uitgelijnde elementaire magneten tot stand komen, als magnetische polarisatie aangeduid. Er wordt gesproken van magneten met omgekeerde polarisatie wanneer de noordpool van de ene magneet zich op de plaats van de zuidpool van de andere magneet bevindt en omgekeerd.Inhoudsopgave
Onder magnetische polarisatie verstaat men het proces van de uitlijning van magnetische momenten.
Na voltooide uitlijning wordt met de polarisatie de richting aangeduid, langs welke de elementaire magneten
zijn uitgelijnd.
De magnetische polarisatie komt tot uiting als magnetisatie
en geeft daarbij ook de richting van de magnetisatie aan.
Bij twee verschillende magneten spreekt men van omgekeerde polarisatie of ook tegenpolarisatie, wanneer beide magneten aan tegenovergestelde uiteinden hun noord-
en dienovereenkomstig hun zuidpool
hebben.
Ontstaan van de magnetische polarisatie
Fysisch ontstaat magnetische polarisatie doordat de aanwezige magnetische momenten in materie worden uitgelijnd door een extern magnetisch veld. Hierdoor worden de magnetische krachten van alle magnetische momenten opgeteld en treedt er een versterking op van het externe magnetische veld met de factor μ, de magnetische permeabiliteit. Dit is precies dan het geval wanneer in de materie magnetische momenten aanwezig zijn die ook kunnen worden uitgelijnd. Dit kunnen bijvoorbeeld afzonderlijke elektronspins zijn. Materialen met deze eigenschap zijn paramagnetisch of zelfs ferromagnetisch. Het proces van polarisatie van materie is waarneembaar wanneer een ferromagnetisch materiaal in een extern magnetisch veld wordt ingebracht.Wanneer een extern magnetisch veld H0 op een materiaal met de magnetische permeabiliteit μ inwerkt, ontstaat er een magnetische fluxdichtheid B, die met de factor μ van het materiaal groter is dan in vacuüm: B=μμ0H0.
Deze schijnbare verandering van de magnetische fluxdichtheid, die ontstaat door de invloed van de materie in tegenstelling tot vacuüm, is de magnetische polarisatie en wordt aangeduid met de letter J. Een ferromagnetische substantie vergroot bijvoorbeeld de magnetische fluxdichtheid. De magnetische polarisatie in een extern veld H0 wordt bepaald door de magnetische susceptibiliteit χ van het materiaal: J=χμ0H0.
Vanwege B=μ0H0+J geldt, dat μ=(1+χ) de samenhang tussen magnetische susceptibiliteit χ en magnetische permeabiliteit μ vertegenwoordigt.
Experimentele vaststelling
In een experiment kan de magnetische polarisatie worden vastgesteld door de magnetische fluxdichtheid aan het einde van een draadspoel te meten, wanneer er een stroom door de spoel vloeit. Dit kan bijvoorbeeld worden uitgevoerd met een Hall-sonde. Wordt in de spoel een ferromagnetisch materiaal ingebracht, bijvoorbeeld een cilinder van ijzer, dan zal men een veel grotere magnetische fluxdichtheid meten dan zonder de ijzeren kern.
Wanneer een spanning U op de uiteinden van een spoel wordt aangelegd, vloeit er een stroom I.
Deze stroom veroorzaakt op zijn beurt een magnetische fluxdichtheid B.
De grootte van de fluxdichtheid hangt daarbij essentieel af van de magnetische permeabiliteit van het door de spoel omsloten volume.
Als de spoel met lucht is gevuld (μ=1, linkerzijde), vormt zich een magnetische flux B, die in de afbeelding door veldlijnen wordt weergegeven.
Wordt er echter een ferromagnetisch materiaal in de spoel gebracht, waarvan de permeabiliteit groter is dan 1 (voor ijzer kan μ waarden tot 100000 aannemen), dan richten de atomaire spins van het materiaal zich parallel aan het opgewekte magnetisch veld uit (de atomaire spins zijn rood aangegeven, rechterzijde).
Door dit proces van zogenaamde magnetische polarisatie is de magnetische flux B aanzienlijk groter.
Op het oppervlak van de magneet kan dan een sterkere magnetisch veld worden gemeten en de magnetische krachten van een dergelijke spoel met magnetisch gepolariseerde ijzerkern zijn eveneens aanzienlijk groter.
Verband tussen magnetische polarisatie en magnetische fluxdichtheid
In vacuüm (μ=1) komt een magnetische fluxdichtheid B=μ0H0 overeen met het magnetische veld H0 .Door de materie komt er nog de magnetische polarisatie J bij: B=μ0H0+J.
Dit komt overeen met een vergroting van het magnetische veld H
in vergelijking met het externe magnetische veld H0
met de magnetisatie M:
H=H0+M.
Magnetische polarisatie komt dus in principe overeen met de magnetisatie. De magnetische polarisatie is de magnetische fluxdichtheid die behoort bij het magnetische veld van een bepaalde magnetisatie. De magnetisatie is een magnetisch veld, terwijl de magnetische polarisatie een magnetische fluxdichtheid is.
Aangezien B=μ0H volgt B=μ0H0+μ0M.
Omdat B=μ0H0+J, is dan de magnetische polarisatie J gelijk aan het product van de magnetisatie M en de permeabiliteitsconstante van het vacuüm μ0: J=μ0M
De magnetisatie wordt gemeten in ampère per meter (A/m), de eenheid van magnetische polarisatie is daarentegen gelijk aan de eenheid van magnetische fluxdichtheid Tesla (T).
In ferromagneten blijft een deel van de magnetische polarisatie behouden, zelfs als het externe magnetische veld wordt uitgeschakeld. Deze resterende magnetische polarisatie wordt remanentie genoemd. De reden voor de resterende magnetische polarisatie in ferromagnetische materialen is de permanente uitlijning van de magnetische momenten van de elektronspins. De elektronspins blijven vanwege de uitwisselingsinteractie in de uitgelijnde toestand. De uitlijning van de magnetische momenten kan dan alleen door het toevoeren van warmte, door harde schokken of door een passend tegenveld van de coercitiviteitssterkte worden vernietigd.
In diamagneten zijn geen permanente magnetische momenten aanwezig. Wanneer een diamagnetisch materiaal in een extern magnetisch veld wordt gebracht, treedt er echter toch een effect op, namelijk de inductie van kringstromen in het materiaal. De inductie van kringstromen in het materiaal is een effect dat ook in paramagnetische en ferromagnetische substanties aanwezig is, maar wordt overdekt door de permanente magnetische momenten, dus het para- en ferromagnetisme. De geïnduceerde kringstromen hebben zelf magnetische momenten. Deze versterken echter niet het externe veld, maar verzwakken het (volgens de regel van Lenz) omdat ze tegengesteld zijn aan het externe magnetische veld.
Auteur:
Dr. Franz-Josef Schmitt
Dr. Franz-Josef Schmitt is natuurkundige en de wetenschappelijke leider van het natuurkundepracticum voor gevorderden aan de Martin-Luther-Universiteit Halle Wittenberg. Hij werkte van 2011 tot 2019 aan de Technische Universiteit en leidde diverse onderwijsprojecten en het scheikundeprojectlab. Zijn onderzoek richt zich op tijdgeresolveerde fluorescentiespectroscopie van biologisch actieve macromoleculen. Hij is ook algemeen directeur van Sensoik Technologies GmbH.
Dr. Franz-Josef Schmitt
Dr. Franz-Josef Schmitt is natuurkundige en de wetenschappelijke leider van het natuurkundepracticum voor gevorderden aan de Martin-Luther-Universiteit Halle Wittenberg. Hij werkte van 2011 tot 2019 aan de Technische Universiteit en leidde diverse onderwijsprojecten en het scheikundeprojectlab. Zijn onderzoek richt zich op tijdgeresolveerde fluorescentiespectroscopie van biologisch actieve macromoleculen. Hij is ook algemeen directeur van Sensoik Technologies GmbH.
Het auteursrecht op de complete inhoud van het compendium (teksten, foto's, afbeeldingen etc.) ligt bij de auteur Franz-Josef Schmitt. Het exclusieve gebruiksrecht van het werk ligt bij Webcraft GmbH (als exploitant van supermagnete.de). Zonder uitdrukkelijke toestemming van Webcraft GmbH mag de inhoud noch worden gekopieerd, noch op andere wijze worden gebruikt.
© 2008–2026 Webcraft GmbH
© 2008–2026 Webcraft GmbH
