Was sind magnetische Kräfte?
Magnetkräfte wirken auf magnetische Objekte oder geladene Teilchen, die sich durch ein Magnetfeld bewegen. Sie werden von der Stärke des Magnetfelds, der Gesamtladung eines Teilchens sowie seiner Geschwindigkeit und Richtung beeinflusst. Bei Permanentmagneten sind die Molekülstrukturen während der Bildung so ausgerichtet, dass sie bestimmte Arten von Metallen anziehen. Magnetkräfte werden ausgenutzt, wenn Elektrizität in mechanische Rotation umgewandelt wird und umgekehrt.
Das Medium, durch das Magnetkräfte übertragen werden, ist das Magnetfeld. Ein Magnetfeld wird mit einem Permanentmagneten oder einem elektrischen Strom erzeugt. Da ein elektrischer Strom ein Strom von sich bewegenden Ladungsträgern wie Elektronen ist, kann er unter Berücksichtigung nur eines Teilchens analysiert werden. Somit erzeugt ein einzelnes Elektron, das sich durch den Raum bewegt, ein Magnetfeld.
Eine übliche Anwendung magnetischer Kräfte ist der Kühlschrankmagnet, bei dem es sich um einen Permanentmagnet handelt. Permanentmagnete werden bei der Herstellung einem starken Magnetfeld ausgesetzt. Dabei werden ihre inneren Kristallstrukturen so ausgerichtet, dass sie magnetisiert bleiben. Ein Permanentmagnet zieht ferromagnetische Materialien wie Eisen an. Ferromagnetismus ist nur eine Quelle magnetischer Kräfte, die jedoch in alltäglichen Situationen häufig mit Magnetismus in Verbindung gebracht wird.
Permanentmagnete üben auch Magnetkräfte auf andere Magnete aus. Dann werden die Pole der Magnete wichtig. Im Gegensatz zu elektrischen Feldlinien kreisen Magnetfeldlinien immer um eine geschlossene Schleife. Mit anderen Worten, Magnete haben immer zwei unterschiedliche Pole, die üblicherweise als Nord- und Südpol bezeichnet werden. Die gleichen Pole von zwei verschiedenen Magneten stoßen sich ab, während sich entgegengesetzte Pole anziehen.
Eine andere Situation, in der magnetische Kräfte auftreten, betrifft zwei benachbarte elektrische Ströme, die sich im rechten Winkel zueinander bewegen. Diese Ströme erzeugen ihre eigenen Magnetfelder, sie weisen jedoch unterschiedliche Ausrichtungen auf, was zu Kräften zwischen den beiden Strömen führt. Je aktueller es ist, desto stärker werden die Kräfte sein.
Die Wechselwirkung zwischen Magneten und elektrischem Strom ist die Basis sowohl des elektrischen Generators als auch des Elektromotors. Bei einem Generator dreht die mechanische Bewegung eines Kraftwerks oder Motors eine Komponente mit Magneten. Das sich ändernde Magnetfeld induziert einen elektrischen Strom im anderen Teil des Generators. Wenn das Gerät als Motor verwendet wird, wird der elektrische Strom zugeführt. Die gleichen Magnetkräfte erzeugen ein mechanisches Drehmoment, um die andere Seite des Motors zu drehen.