Der Ferromagnetismus

Ferromagnetismus steht für eine Eigenschaft, die einige Materialien besitzen, die von einem Magnetfeld angezogen werden. Ein ferromagnetisches Material ist ein Material, das und von Magneten angezogen wird. Ferromagnetische Elemente zeichnen sich durch ihre Magnetisierung aus, die durch Magnetfelder unterstützt wird und auch bei Aufhebung des Feldes magnetisiert bleibt.

Genauso wie ferromagnetische Mineralien von einem Magneten angezogen werden, können diese Mineralien magnetisiert und zu einem Magneten (natürlich oder künstlich) werden. Einer ihrer Vorteile ist außerdem, dass die Dipole leicht verändert werden können.

Diese Erkenntnis gewann Wess 1907 bei der Untersuchung der magnetischen Momente von Atomen. Nach der Theorie des Franzosen Pierre-Ernest Weiss besteht ein ferromagnetischer Festkörper aus einer großen Anzahl kleiner Bereiche, sogenannter Domänen, in denen alle atomaren oder ionischen magnetischen Momente ausgerichtet sind, und zwar in einer Richtung mit gleichmäßiger Magnetisierung innerhalb einer Domäne.

Wie funktioniert der Ferromagnetismus?

Bei dem Ferromagnetismus wird diese Art von Material einem starken Magnetfeld ausgesetzt. Daraus ergibt sich eine Ausrichtung in dieselbe Richtung wie der ferromagnetische Kern.

Materialien mit diesen Eigenschaften sind Eisen, Kobalt und Nickel. Von diesen drei hat Eisen das größte Gewicht, das sowohl auf das angelegte Magnetfeld als auch auf seine innere Konfiguration reagiert.

Als Ferromagnetismus bezeichnet man die Eigenschaft der relativen magnetischen Permeabilität, die größer als 1 ist. Die relative Permeabilität kann durch den folgenden Bruch bestimmt werden:

μ = absoluter Permeabilitätskoeffizient eines bestimmten Mediums

μ0 = Vakuum-Durchlässigkeit

Die Materialien haben eine Grenztemperatur, bei deren Überschreitung sie ihre ferromagnetischen Eigenschaften verlieren können. Die Temperatur dieser magnetischen Elemente wird als Curie-Temperatur bezeichnet.

Wozu dient der Ferromagnetismus und welche Anwendungen gibt es?

Verbundwerkstoffe mit ferromagnetischen Partikeln werden heutzutage wie folgt eingesetzt:

• Haushaltsgeräte: sie finden sich in Haushaltsgeräten zum Kochen, ob Induktionskochfeld oder Bratpfanne.

• Medizinischer Bereich: sie werden zur Herstellung von Herzschrittmachern, Implantaten und Defibrillatoren verwendet.

• Technologischer Bereich: sie finden sich in Headsets für Mobiltelefone, die mit Elektromagneten arbeiten.

• Industriebereich: Verwendung in Elektromotoren und Transformatoren.

Das Atommodell

Ein Atommodell (AM) ist ein Atom, die kleinste Einheit, aus der ein chemisches Element besteht. Je nachdem, ob es eine positive, negative oder neutrale Ladung hat, gibt es: Protonen, Elektronen oder Neutronen.

Das Atommodell entstand im Laufe der Jahre durch historische Ereignisse und durch die Erkenntnisse der verschiedenen Wissenschaftler, die wir Ihnen später vorstellen werden. Dieses Modell ist die Darstellung, mit der wir die Struktur des Atoms sehen können, was uns erlaubt, das Verhalten und die Eigenschaften eines Elements zu kennen.

Ziel dieser Modelle ist es, das Studium eines Materials zu erleichtern, indem die Atomtheorie in eine leichter verständliche, grafische Darstellung gebracht wird.

Wie viele atomare Modelle gibt es?

Chronologisch gesehen gibt es fünf atomare Modelle, die im Laufe der Zeit aktualisiert wurden:

• M.A de Dalton (1808)

Das Atommodell von Dalton ist das erste Modell gewesen. Dalton sagte, dass Atome nicht in kleinere Teilchen zerlegt werden können und Moleküle sich aus mehreren Bänden zusammensetzen. Außerdem werden bei einer chemischen Reaktion die Atome des Elements neu angeordnet. Dalton stellte auch fest, dass alle Atome, die zu einem Element gehören, gleich sind.

• M.A de Thomson (1904)

Das Thomsonsche Atommodell ging davon aus, dass Atome neutral sind. Thomson stellte fest, dass Atome passive Ladungen in Form von Protonen haben, die von Elektronen (negativen Ladungen) umgeben sind.

• M.A de Rutherford (1911)

Rutherford erklärte, dass ein Atom einen Kern hat, der aus positiven Ladungen besteht, die von negativen Teilchen um den Kern herum umgeben sind. Nach Rutherford waren die Atome innen leer.

• M.A de Bohr (1913)

Niels Bohr stellte das Atom als Abbild des Sonnensystems dar, wobei die Elektronen die Planeten und der positiv geladene Kern die Sonne darstellten.

• M.A de Schrödinger (1926)

Dieses Modell erklärt das Gleichgewicht, das zwischen Molekülen und chemischen Bindungen besteht. Hier finden wir Elektronen mit unterschiedlichen Energieniveaus, je nach dem Vorhandensein des magnetischen und elektrischen Feldes.

Das heutige Atommodell wurde 1920 von Schödinger und Heisenberg entwickelt. Das derzeitige Atommodell ist ein mathematisches Modell, bei dem sich die Elektronen in Energieniveaus befinden und eine wellenförmige Bewegung ausführen.

Theorie Weber

Die Theorie Weber, auch bekannt als Molekulartheorie der Magnete, besagt, dass ein Magnet die Fähigkeit besitzt, sich in eine unbestimmte Anzahl von Teilen aufzuspalten. Diese Teile behalten die Eigenschaften von Magneten und ihre magnetischen Pole bei.

Darüber hinaus heißt es, dass jedes magnetische Molekül aus einem kleinen Magneten besteht, der als Molekularmagnet bezeichnet wird. Andererseits geht es bei der Magnetisierung darum, die Molekularmagnete so auszurichten, dass sie magnetische Reihen bilden, die als magnetische Leisten bezeichnet werden und deren Enden sich an den gebildeten Polen befinden.

Die Webersche Theorie wurde von Wilhelm Eduard Weber, einem deutschen Physiker, entdeckt. Weber studierte den Magnetismus der Erde und ist der Erfinder des elektromagnetischen Telegraphen sowie des Elektrodynamometers gewesen. Anschließend entwickelte er die Molekulartheorie der Magnete, die später von Langevin verfeinert wurde.

Die Grundsätze der Theorie Weber

Die Kraft, die einen Nord- und einen Südpol besitzt, ist dieselbe. Andererseits ist die in den Materialien nachgewiesene Substanz in dem Moment magnetisiert. Die Moleküle richten sich so aus, dass der Südpol in eine Richtung und der Nordpol in die entgegengesetzte Richtung zeigt. Diese Ausrichtung der Moleküle wird als Sättigung des Stoffes mit Magnetismus bezeichnet.

Sind die Magnete hingegen nicht magnetisiert, sind die Moleküle nicht ausgerichtet, sondern zufällig orientiert und bilden eine geschlossene Schleife.

Wenn wir den Punkt der Elektronen betrachten, drehen sie sich und kreisen wie die Erde. Durch das Drehen entsteht ein Magnetfeld, das je nach Drehrichtung in die eine oder andere Richtung wirkt.

Sobald ein Magnet angeschlagen wird, beginnen die Moleküle schnell zu vibrieren und geben die Anziehungsfelder an den Polen frei, sodass eine geschlossene Gruppe entsteht und der Magnetismus nachlässt. Eine weitere Möglichkeit, den Magnetismus des Magneten zu verlieren oder zu schwächen, besteht darin, ihn hohen Temperaturen auszusetzen, da die Bewegung der Moleküle schneller abläuft und auch die kinetische Energie, die dabei entsteht, höher ist als bei der anderen Art der Entmagnetisierung. Die Cluster schließen sich, was den Magnetismus abschwächt. Während der Entmagnetisierung des Magneten zeigt sich die Fähigkeit des Magneten, das Restmagnetfeld aus dem Moment, in dem der Magnet nicht mehr magnetisiert ist, beizubehalten; dies wird als Remanenz bezeichnet.

Das Lambertsche Gesetz

Das Lambertsche Gesetz - auch als Lambert Beersches Gesetz bekannt - stellt die empirische Beziehung zwischen der Absorption von Licht und den Eigenschaften eines Materials bei der Ausbreitung im Licht her.

Dieses Gesetz wurde auf verschiedene und voneinander unabhängige Weisen entdeckt. Der erste, der es entdeckte, war der Franzose Pierre Bouguer im Jahr 1729.

Das Lambert Beersches Gesetz setzt sich aus dem Beerschen Gesetz und dem Lambertschen Gesetz zusammen. Beide Gesetze beruhen auf dem Verhalten der von einer Probe absorbierten Strahlung. Der Unterschied zwischen diesen beiden Gesetzen besteht darin, dass das Lambertsche Gesetz die Wirkung der Dicke des Mediums vorhersagt, während das Beersche Gesetz die Wirkung der Konzentration impliziert. Beide beziehen sich auf den Anteil der absorbierten Strahlung.

Das Lambertsche Gesetz besagt, dass der Intensitätsverlust in der Zeit, in der er sich im Medium befindet, direkt proportional zur Intensität und zur Weglänge ist. Mit anderen Worten: Wenn die Intensität zunimmt, nimmt die Länge zu und wenn die Intensität abnimmt, nimmt die Länge mit ihr ab.

Das Lambert Beersches Gesetz dient in erster Linie zur Bestimmung der Konzentrationen von Lösungen. Dagegen heißt es, dass die Gesamtheit des von der Probe ausgehenden Lichts aufgrund der folgenden drei Phänomene abnehmen kann:

- Konzentration auf die Anzahl der Materialien, die er auf seinem Weg absorbiert.

- Optische Weglänge → die Strecke, die das Licht durch das Element zurücklegen muss.

- Absorptionsgrad → die Wahrscheinlichkeit, dass ein Photon von der Probe absorbiert wird.

Dieses Gesetz stellt den Zusammenhang zwischen der Absorption in der Strahlung und der Dichte der Probe her.

Wie lautet die Formel für das Lambert Beersche Gesetz?

Die Parameter, die in diesem Gesetz zusätzlich zu den Eigenschaften des Materials berücksichtigt werden, sind:

- A: Extinktion der Lösung bei der Wellenlänge

- ɛ: Molarer Extinktionskoeffizient (M-1 - cm-1 )

- b: Länge des Küvettenabstandes (cm)

- C:Konzentration der Lösung

Was ist der Transmissionsgrad und der Absorptionsgrad?

Das Lambert Beersche Gesetz besteht aus zwei Begriffen: Absorption und Durchlässigkeit.

- Die Absorption ist die Menge der von einem Material absorbierten Strahlung.

- Der Transmissionsgrad ist der Anteil des Lichts, der in einer bestimmten Zeit durch ein Material hindurchgeht.

Was ist Spektroskopie?

Die Spektroskopie wurde 1666 von Isaac Newton entdeckt, der mit dem Wort Spektrum alle Farben des Regenbogens bezeichnete, die man erhält, wenn man das Sonnenlicht durch ein Prisma leitet. Daraus entwickelte sich die Spektroskopie, die als Untersuchung der Lichtmenge in einem Objekt durch die Wechselwirkung von elektromagnetischer Strahlung mit Materie bekannt ist. Mit anderen Worten: Sie untersucht die Spektren, die grafische Darstellung der Strahlung in der Materie.

Es gibt zwei Arten von Spektren in der Spektroskopie:

1. Absorptionsspektroskopie: Es handelt sich um ein Phänomen, das durch die Anwesenheit von Photonen hervorgerufen wird.
2. Emissionsspektroskopie: Diese Atome befinden sich bei Raumtemperatur in einem Grundzustand.

Das Studium der Spektren befasst sich mit der Aufspaltung des Lichts und der Messung der verschiedenen Wellenlängen, sowohl des sichtbaren als auch des nicht sichtbaren Lichts.

Eine der häufigsten nicht-ionisierenden elektromagnetischen Strahlungen ist die Infrarotstrahlung, die gemessen wird. Die Infrarotspektroskopie ist die Spektroskopie in diesem Bereich. Infrarotstrahlung wird in der Regel in der Lebensmittelindustrie eingesetzt, um die Qualität von Lebensmitteln zu analysieren.

Vorgänge, die im Rahmen der Spektroskopie stattfinden

Die Wechselwirkung zwischen Strahlung und Materie ist die Spektroskopie. Diese Interaktion umfasst drei Arten von Prozessen:

• Absorption von Strahlung = bei diesem Vorgang findet ein Übergang von einem Grundzustand zu einem angeregten Zustand statt.
• Emission von Licht = hier findet der umgekehrte Prozess der Strahlungsabsorption statt, wobei ein Photon (ein Teilchen mit Lichtenergie) entsteht.
• Streuung = Sobald die Materie gebunden ist, ändert die Strahlung ihre Richtung. Darüber hinaus kann es zwei Arten von Streuung geben:
  • Elastische Streuung = führt zu keiner Veränderung des Photons.
  • Unelastische Streuung = sie bewirkt eine Veränderung des Photons.

Atomspektroskopische Methoden = Diese Art der medizinischen Methode zeichnet sich dadurch aus, dass sie sowohl Absorptions- als auch Missionsspektren liefern kann, im Gegensatz zur molekularen Methode, die nur Absorptionsspektren liefern kann.

Was ist die Spektrometrie von Massen?

Die Spektrometrie von Massen ist eine Methode zur Trennung eines Moleküls. Auf die gleiche Weise können wir das Molekulargewicht bestimmen. Die normale Massenspektrometrie kann unterteilt werden in: atomare Massenspektrometrie und molekulare Massenspektrometrie. Neben dieser Art der Spektrometrie gibt es auch die ultraviolette und sichtbare Spektroskopie, bei der die Absorption elektromagnetischer Strahlung zwischen dem ultravioletten und dem sichtbaren Bereich gemessen wird.