Ist Eisen magnetisch

Ja, Eisen ist magnetisch. Da Eisen eine ferromagnetische Substanz ist, kann es von selbst magnetisiert werden und wird von Magneten stark angezogen.

Eisen besitzt in seinem typischen Zustand ein äußerst minimales bis gar kein Nettomagnetfeld, da es aus zufällig ausgerichteten magnetischen Domänen besteht.

Andererseits neigen die magnetischen Domänen von Eisen dazu, sich auszurichten, wenn sie einem Magnetfeld ausgesetzt werden, was einen erheblichen magnetischen Gesamteffekt erzeugt.

Aufgrund dieser Eigenschaft sind Eisen und eisenhaltige Legierungen für eine Reihe von Anwendungen vorteilhaft, beispielsweise für die Herstellung von Magneten und Feldern, die auf magnetischen Eigenschaften basieren, wie Motoren und elektrische Transformatoren.

Magnetische Füllungen aus Eisen
Magnetische Füllungen aus Eisen

Was macht Eisen magnetisch?

Die Reaktion der Elektronen und Atome von Eisen in einem Magnetfeld sorgt für die Entwicklung seiner magnetischen Eigenschaften. Die oberste Elektronenhülle von Eisen besteht im atomaren Stadium aus ungepaarten Elektronen.

Die Ausrichtung dieser Elektronen spielt eine wesentliche Rolle bei der Festlegung der magnetischen Eigenschaften der Substanz.

Wenn sich ein Eisenstück in einem nichtmagnetischen Zustand befindet, sind die magnetischen Momente jedes Atoms zufällig angeordnet, wodurch sich ihre magnetischen Stöße vollständig aufheben.

Dennoch besitzen diese magnetischen Momente die Fähigkeit, sich in Richtung des äußeren Magnetfelds auszurichten, wenn Eisen diesem ausgesetzt wird.

Wegen seiner außergewöhnlichen magnetische Permeabilität sowie seine Fähigkeit, seine Magnetisierung beizubehalten. Sie werden feststellen, dass Eisen unabhängig davon, ob kein äußeres Magnetfeld vorhanden ist, als ferromagnetische Substanz angesehen wird.

Darüber hinaus werden die magnetischen Domänen oder Zonen, in denen die magnetischen Momente der Atome ausgerichtet sind, durch die Ausrichtung der magnetischen Momente im Eisen erzeugt.

Diese Domänen sind in einem magnetisierten Eisenstück in einer ähnlichen Richtung angeordnet, was den gesamten magnetischen Effekt verstärkt.

Dies kann geschehen, um die magnetischen Domänen schnell neu zu organisieren oder zu zerstören, indem man das Eisen über seine Curie-Temperatur hinaus erhitzt oder mechanische Belastung ausübt.

Die Ausrichtung magnetischer Momente und die Bildung magnetischer Domänen sind Prozesse, die umgekehrt werden können.

Da Eisen seinen magnetischen und diamagnetischen Zustand ändern kann, könnte es für vielfältige Zwecke eingesetzt werden, beispielsweise für die Herstellung magnetischer Materialien und Magnete.

Magnetische Eigenschaften von Eisen

· Ferromagnetismus

Aufgrund seiner hervorragenden Durchlässigkeit für Magnete und der einfachen Magnetisierung wird Eisen als ferromagnetische Substanz eingestuft. Es kann eine dauerhafte Magnetisierung erreicht werden.

· Remanenz

Eisen verfügt über ein hohes Rückhaltevermögen, das es ihm ermöglicht, einen Großteil seiner Magnetisierung trotz fehlendem Magnetfeld von außen beizubehalten.

· Magnetisierung

Dies weist darauf hin, dass Eisen in Gegenwart eines Magnetfelds zu einem Magneten werden kann.

· Weichmagnetische Eigenschaften

Aufgrund seiner leichten Entmagnetisierung und Magnetisierung wird Eisen tendenziell als weichmagnetische Substanz beschrieben.

· Magnetisierte Domänen

Eisen besteht aus sehr kleinen Bereichen, die als bezeichnet werden magnetische Domänen in seinem angeborenen Zustand. Die magnetischen Momente jedes Atoms sind innerhalb jeder einzelnen Domäne ausgerichtet.

Dennoch werden Sie feststellen, dass diese Regionen ohne ein äußeres Magnetfeld willkürlich angeordnet sind und einen minimalen oder keinen magnetischen Nettoeinfluss erzeugen.

Strukturelle und magnetische Eigenschaften von Eisen
Strukturelle und magnetische Eigenschaften von Eisen

Verschiedene Formen von Eisen und ihre magnetischen Eigenschaften

Magnetismus in Gusseisen:

  • Gusseisen ist eine Legierung aus Eisen und Kohlenstoff, die normalerweise über 2 % Kohlenstoff enthält.
  • Die magnetischen Eigenschaften von Gusseisen können je nach Art unterschiedlich sein. Beispielsweise ist graues Gusseisen tendenziell weniger magnetisch als weißes Gusseisen, das normalerweise magnetisch und spröde ist.

Magnetismus in Schmiedeeisen:

  • Eine sehr kohlenstoffarme Eisenlegierung mit faserigen Schlackeneinschlüssen wird als Schmiedeeisen bezeichnet.
  • Im Allgemeinen sind die magnetischen Eigenschaften von Schmiedeeisen mit denen von reinem Eisen vergleichbar und es ist nicht besonders magnetisch.

Magnetismus in reinem Eisen oder Alpha-Eisen:

  • Bei Umgebungstemperatur ist die Alpha-Phase von reinem Eisen nicht wesentlich magnetisch. Seine Kristallstruktur ist kubisch raumzentriert oder BCC.
  • Reines Eisen kann bei Temperaturen, die niedriger als seine Curie-Temperatur sind, d. h. etwa 770 °C oder 1,418 °F, ferromagnetisch werden und magnetische Eigenschaften aufweisen.

Magnetische Eigenschaften von duktilem Eisen:

  • Sphäroguss oder Sphäroguss ist eine Eisenform, die winzige Mengen Kohlenstoff und andere Legierungsstoffe enthält.
  • Es besitzt magnetische Eigenschaften, die mit denen von Schmiedeeisen vergleichbar sind.

Magnetische Eigenschaften von Mooreisen

  • Mooreisen ist in der Regel nicht magnetisch, da es entsteht, wenn Eisen aus dem Grundwasser in Mooren ausfällt.
  • Andererseits kann es geringe Mengen Magnetit oder andere magnetische Mineralien enthalten, die ihm schwache magnetische Eigenschaften verleihen könnten.

Magnetismus in Eisenoxiden (Hämatit):

  • Eisenoxide einschließlich Hämatit (Fe2O3) sind keine reinen elementaren Eisenverbindungen, sondern Verbindungen.
  • Hämatit ist entweder nicht magnetisch oder nur leicht magnetisch.

So magnetisieren Sie Eisen dauerhaft

Eisen wird dauerhaft magnetisiert, indem man es über die Länge eines großen Permanentmagneten streicht oder indem man eine elektromagnetische Spule verwendet, die durch Gleichstrom gespeist wird. Für eine optimale Ausrichtung wiederholen Sie den Schritt und erhitzen Sie bei Bedarf nahe dem Curie-Punkt.

Sie sollten Vorsichtsmaßnahmen treffen und sicherstellen, dass alle Sicherheitsmaßnahmen eingehalten werden, während der Magnetisierungsvorgang durchgeführt wird.

Faktoren, die das magnetische Verhalten von Eisen beeinflussen

Bei der Untersuchung der magnetischen Eigenschaften von Eisen müssen mehrere Faktoren bewertet werden, wie zum Beispiel:

· Externe Magnetfelder

Eisen kann magnetisiert werden, wenn ein externes Magnetfeld verwendet wird. Die magnetischen Momente der Eisenatome richten sich immer dann nach dem Magnetfeld aus, wenn sie diesem ausgesetzt sind, und erzeugen so ein magnetisches Nettomoment für die Substanz als Ganzes.

· Korngröße

Die magnetischen Eigenschaften eines Materials können auch durch seine Korngröße beeinflusst werden. Aufgrund der Unterschiede im Aufbau magnetischer Domänen reagieren Materialien mit feineren Körnern möglicherweise deutlich magnetisch als solche mit gröberen Körnern.

· Mechanische Belastung

Die magnetischen Eigenschaften von Eisen können durch mechanische Beanspruchung beeinflusst werden. Das gesamte magnetische Verhalten eines ferromagnetischen Materials kann durch die Anwendung von Spannungen beeinflusst werden, da dadurch die Ausrichtung seiner magnetischen Domänen verändert werden kann.

· Legierungselemente

Eisen kann mit anderen Komponenten legiert werden, um seine magnetischen Eigenschaften zu verändern. Beispielsweise kann sich das magnetische Verhalten von Eisen verändern, wenn bestimmte Metalle wie Kobalt, Nickel oder Aluminium eingearbeitet werden.

Eisen-Kobalt (Alnico) und Eisen-Nickel-Legierungen (Invar) werden zur Herstellung von Permanentmagneten verwendet, die bestimmte magnetische Eigenschaften aufweisen.

· Mikrostruktur

Das magnetische Verhalten von Eisen kann durch die Anordnung seiner Atome beeinflusst werden. Die gesamte Stärke von Magneten kann durch Verunreinigungen, Unvollkommenheiten oder Versetzungen im Kristallgitter beeinflusst werden.

· Temperatur

Obwohl Eisen bei normalen Temperaturen ferromagnetisch ist, hängen seine magnetischen Eigenschaften stark von der Temperatur ab.

Die thermische Energie bewirkt, dass sich die Ausrichtung der magnetischen Momente bei einer Temperatur ändert, die als Curie-Temperatur bezeichnet wird und für Eisen etwa 770 °C oder 1,418 °F beträgt.

Oberhalb dieser Temperatur verliert die Substanz ihre magnetischen Eigenschaften. Eisen wird bei Temperaturen unterhalb des Curie-Punktes ferromagnetisch.

Eisenelemente
Eisenelemente

Häufige Verwendungen von magnetischem Eisen

Es gibt viele Möglichkeiten, Eisen als Magnet zu verwenden. Zu den häufigsten Optionen, die Sie in Betracht ziehen können, gehören:

· Magnete

Das Schlüsselelement bei der Herstellung von Magneten ist Eisen. Eisen oder Eisenlegierungen kommen häufig in Permanentmagneten vor, die unter anderem in Generatoren, Magnetschlössern, Elektromotoren und Lautsprechern verwendet werden.

Alnico-, Ferrit- und Seltenerdmagnete wie Neodym-Magnete sind Beispiele für beliebte Magnetformen.

· Induktivitäten und Transformatoren

Für Induktor- und Transformatorkerne werden weichmagnetische Stoffe wie Eisen und Eisen-Silizium-Legierungen (Siliziumstahl) verwendet.

Diese Materialien bieten dem magnetischen Fluss einen niederohmigen Weg und verbessern so die Wirksamkeit der Energieübertragung.

· Systeme zur Magnetresonanztomographie (MRT)

Supraleitende Magnete, die meist aus Eisen bestehen, sind die Quelle der intensiven Magnetfelder, die in MRT-Geräten verwendet werden.

Um die magnetische Stärke und Konsistenz zu erreichen, die für eine qualitativ hochwertige medizinische Bildgebung erforderlich sind, ist Eisen sehr wichtig.

· Magnetische Trennung

Bei magnetischen Trennverfahren werden eisenbasierte Substanzen eingesetzt, um magnetische Partikel von nichtmagnetischen Komponenten zu entfernen oder zu unterscheiden. Dies wird häufig in den Bereichen Lebensmittelverarbeitung, Recycling und Bergbau eingesetzt.

· Generatoren und Elektromotoren

Der wichtigste Teil bei der Herstellung von Generatoren und Elektromotoren ist Eisen. Die Stator- und Rotorkerne dieser Maschinen bestehen üblicherweise aus Eisen oder Eisenlegierungen.

In Motoren helfen die magnetischen Eigenschaften von Eisen dabei, elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln, und bei Generatoren ist das Gegenteil der Fall.

· Medien mit magnetischer Speicherung

Magnetische Speichermedien wie Festplatten und Magnetkassetten werden unter Verwendung von Eisenoxid (Fe2O3) hergestellt.

Eisenoxid ist eine hervorragende Option zur Datenspeicherung, da es magnetische Daten speichern kann.

Aufgrund seiner ferromagnetischen Eigenschaften ist Eisen magnetisch. Eisen weist in seinem angeborenen Zustand zufällig ausgerichtete magnetische Domänen auf; Wenn das Eisen jedoch einem Magnetfeld ausgesetzt wird, richten sich diese Domänen aus und das Eisen wird magnetisch.

Weitere Ressourcen:

Alles Eisen ist nicht magnetisch –Quelle: ThoughtCo

Ist Stahl magnetisch? – Quelle: HM

Metalle und Magnetismus – Quelle: ACS

Ist Nickel magnetisch – Quelle: HM

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