V 6.51 Para- und diamagnetische Festkörper

Ziel:

Kraft auf magnetische Materialien in einem inhomognenen Magnetfeld.

Aufbau:

An einen Elektromagneten sind Polschule angebracht, die ein sehr inhomogenes Magnetfeld erzeugen. Zwei Metallstäbe aus Wolfram und aus Wismut sind an einem Faden aufgehängt und können sich in dem Magnetfeld frei drehen.

(siehe E.W. Otten, Repetitorium Experimentalphysik)

Durchführung:

1. Zuerst wird das Wolframstäbchen frei pendelnd im starken, inhomogenen Feld zwischen zwei spitzen Polschuhen aufgehängt. Dabei dreht es sich in die Polschuhachse hinein, d.h. parallel zu den Magnetfeldlinien, sucht also den Platz höchsten Feldes.

2. Das Wismutstäbchen hingegen stellt sich so, dass es aus der Polschuhachse herauspendelt, in die zu dem Magnetfeld senkrechte Lage, wo es einen Platz minimalen Feldes einnimmt.

Auswertung:

1. Wolfram ist ein Paramagnet. Es besitzt ein permanentes Dipolmoment m, das jedoch ohne Feld wegen der thermischen Bewegung keine Vorzugsorientierung hat. Im Magnetfeld allerdings werden die permanenten atomaren Dipole in Richtung des äußeren Magnetfeldes ausgerichtet. Das Wolframstäbchen verhält sich deshalb wie ein Permanentmagnet; er wird von dem Magneten angezogen, er erfährt im inhomogenen Feld ein starkes Drehmoment. Paramagnetische Stoffe erfahren also in inhomogenen Magnetfeldern Kräfte in Richtung wachsender Feldstärke.

2. Das Wismutstäbchen wird von den Polschuhen abgestoßen. Es baut sich in dem Material ein entgegengesetzt gerichtetes Magnetfeld auf, sodass sich gleichnamige Pole gegenüber stehen. Diese Erscheinung tretet nur bei diamagnetischen Stoffen auf, die kein permanentes Dipolmoment haben.

Ist Materie im Magnetfeld, so muss man die magnetische Induktion unterscheiden von der magnetischen Feldstärke. Durch die magnetische Induktion

erhält man der relative Permeabilität der Substanz.

B = Magnetische Induktionsflußdichte
H = Magnetische Feldstärke
M = Magnetisierung
c _m = Magnetische Suszeptibilität