Home
  Relativitätstheorie
  Andere Theorien
     Fotoeffekt
     Brownsche Bewegung
     Einstein de Haas
     Quantensprünge
  Erben
  Physikartikel
  Spaßartikel
  Dies und das
  Links
  Rechtliches
  Impressum
  Datenschutz

Jeder kennt die magnetischen Eigenschaften von Eisen, jedoch nur wenige wissen, welcher Quelle diese unsichtbare Kraft entspringt. Dieses Unwissen machen sich viele Kaffee-Fahrten-Schurken zu nutzen, wenn Sie physikalisch ungeschulten aber nicht ganz unschuldigen Menschen, „Magnetische Heildecken“ mit pseudophysikalischem Gefasel aufschwatzen. Die magnetischen Eigenschaften eines Körpers können unterschiedlichste Ursachen haben. Die stärksten magnetischen Eigenschaften existieren bei Ferromagnetika wie Eisen oder Nickel. Um das Geheimnis der Ferromagnetika lüften zu können, müssen wir einen Blick auf die atomaren Strukturen der Materie werfen. Übrigens waren es Einstein und De-Haas, die dem Ferromagnetismus durch ein einfaches Experiment auf die Spur kamen. Aus dem Physikunterricht ist bekannt, dass wenn man durch einen Draht einen Strom schickt, dieser magnetische Eigenschaften entwickelt. Elektrische Ströme sind also die Quelle magnetischer Felder. Jedoch müssen diese Ströme im Mittel auch eine bestimmte Richtung haben. Fügt man nämlich zwei parallele Drähte zusammen, die von Strömen aus unterschiedlichen Richtungen durchflossen werden, heben sich die durch die beiden Drähte erzeugten Magnetfelder gegenseitig auf. Doch was haben Ströme mit Atomen zu tun? Und warum ist nicht jedes Stück Eisen magnetisch? Die zweite Frage können wir schon jetzt beantworten: Weil sich die durch die atomaren Ströme erzeugten Magnetfelder gegenseitig aufheben. Ein Atom besteht aus einem positiven Kern, um den sich negative Elektronen bewegen. Strom ist aber nichts weiter als bewegte Ladung. Nun könnte man etwas vorschnell den Bleistift bei Seite legen und behaupten, dass die sich um den Kern bewegenden Elektronen die Ferromagnetischen Eigenschaften eines Stoffes ausmachen. Untersuchen wir das Problem etwas genauer.

Aus diesem einfachen Atommodell erkennen wir folgende Zusammenhänge: Ein Elektron bewegt sich auf einer Kreisbahn mit dem Radius r und einer Kreisfrequenz . Der Elektronendrehimpuls L ist dann gegeben durch

Ein solches Elektron, das seine Ladung –e in der Sekunde n mal durch jeden Bahnpunkt führt, entspricht einer mittleren Stromstärke I von

Mit der umkreisten Fläche A = Pi*r² ergibt das ein magnetisches Moment m von

Das Verhältnis von m zu L bezeichnet man als gyromagnetisches Verhältnis und ist eine experimentell leicht zugängliche Größe:

Das experimentell bestimmte gyromagnetische Verhältnis war jedoch genau doppelt so groß

und konnte somit nicht von der Bahnbewegung des Elektrons herrühren. In der Relativistischen Quantenmechanik kann man mit Hilfe der Dirac-Gleichung zeigen, dass der Spin des Elektrons dasselbe gyromagnetische Verhältnis besitzt, wie es das Experiment ergibt. Den Spin beschreibt man nicht ganz zutreffend aber anschaulich durch die Rotation des Elektrons um seine eigene Achse. Der Ferromagnetismus beruht also auf den Spins einzelner Elektronen.