Unterschiede zwischen Permanentmagneten und Elektromagneten

In Alltag und Industrie werden beide Arten, also Permanent– und Elektromagnete verwendet. Es ist wichtig, die Unterschiede zwischen beiden Magnetarten zu kennen.

Allgemein

Es gibt eine Vielzahl von unterschiedlichen Magneten: Von nützlichen Magnetartikeln für Büros bis zu großen Industriemagneten, die allein durch ihre Magnetkraft ganze Autos oder andere schwere Objekte aus Metall hochheben und bewegen können. Die magnetische Anziehungskraft ist in beiden Fällen unterschiedlich.

In einem Fall der gerade genannten Beispiele sprechen wir von einem Permanentmagneten (oder Dauermagneten) und in dem anderen Fall von einem Elektromagneten.

Grundsätzlich ist ein Magnet ein Metall, welches ein anderes Metall anzieht. Diese Anziehungskraft funktioniert allerdings nur, wenn das anziehende Metallstück magnetisch gemacht wurde. Alle Kristalle im Kern des magnetischen Metalls müssen in einer Richtung liegen, sodass ein Nord- und ein Südpol entsteht.

Gegengleiche Pole ziehen einander magnetisch an während gleiche Pole sich voneinander abstoßen. Diese magnetische Wirkung kommt in ganz verschiedenen Bereichen zum Einsatz: im Haushalt, im Büro, in der Industrie oder selbst beim kreativen Basteln. Die Einsatzmöglichkeiten von Magneten sind fast unbegrenzt.

Magnetfelder

Erzeugt werden alle Magnetfelder (auch B-Felder genannt) durch bewegte elektrische Ströme oder Ladungen. Diese Ströme sind aber keine makroskopischen Ströme, bei denen geladene Teilchen in eine Richtung fließen, sondern mikroskopische elektrische Ströme. Diese mikroskopischen Ströme entstehen im Falle des Ferromagnetismus durch Elektrospins. Das sind Drehungen von gewissen Elektronen im Material um sich selbst. Ein Elektronenspin kann als mikroskopisch kleiner Kreisstrom aufgefasst werden.

Erstaunlich ist auch die Tatsache, dass bereits ein einziges bewegtes Elektron ein Magnetfeld erzeugt.

Was sind Permanent- oder Dauermagnete?

Ein Permanentmagnet besteht aus kohlenstoffreichem, hartem ferromagnetischem Metall. Ferrite werden hauptsächlich verwendet, da diese am kostengünstigsten sind. Das Metall wird zu Pulver verarbeitet und danach in die gewünschte Form gepresst. Von Natur aus sind jedoch weder die ursprünglichen Metalle noch das gepresste Pulver magnetisch, denn sie müssen erst magnetisiert werden.

Diese Magnetform (Permanentmagnete) ist diejenige, die im Alltag in verschiedenen Bereichen genutzt wird und diejenige, die die meisten Menschen mit einem Magneten verbinden.

Wie werden Permanentmagnete magnetisiert?

Setzt man das zu magnetisierende Metallstück einem Magnetfeld aus, bewirkt dies, dass sich die kleinen Teilchen im Inneren des Metalls alle in die gleiche Richtung drehen. Anschließend wird das Metall gesintert, das heißt, es wird mit Hitze behandelt. Da durch die Hitze aber die magnetische Kraft verloren geht, muss nach dem Sintern erneut ein Magnetfeld zur Aktivierung eingesetzt werden.

Der Permanentmagnet kann nur ohne äußere Einflüsse wie Hitze, andere starke Magnetfelder oder starke Schläge, dauerhaft magnetisch bleiben. Ist er diesen Einflüssen ausgesetzt, kann er komplett entmagnetisiert werden.

Was sind Elektromagnete?

Ein Elektromagnet wird magnetisiert, indem das Magnetfeld durch einen elektrischen Strom in einer Drahtspule erzeugt und von einem (Weich-) Eisenkern verstärkt wird. Fließender Strom besteht aus bewegten Elektroden. Je mehr Strom durch die Spule fließt – also je mehr Drähte nebeneinander auf der Spule aufgewickelt werden – desto stärker ist die magnetische Kraft des Elektromagneten. Daher wird in gängigen Elektromagneten der Draht zu einer oft mehrlagigen Spule gewickelt. Wird der stromdurchflossene Draht zu einem Kreis gebogen, so erzeugt man ein Magnetfeld mit zwei Polen. Dieser Kreisstrom bildet also einen Magneten mit einem Nord- und einem Südpol.

Die Spule in Elektromagneten wird auch Solenoid genannt wird. Mit stromdurchflossenen Solenoiden werden übrigens auch Permanentmagnete wie jene Supermagnete magnetisiert.  Sie bestehen allesamt aus hartmagnetischen Materialien.

Vorwiegend wird bei Elektromagneten ein Weicheisenkern in die Spule gesteckt, was das Magnetfeld bedeutend verstärkt. Dies geschieht, weil das Magnetfeld in der Spule den Weicheisenkern magnetisiert –  also zu einem zusätzlichen Magneten macht. Der Weicheisenkern verliert nach dem Abschalten des Stromes seine Magnetisierung wieder. Dies ist erwünscht, da man so den Magneten ein- und ausschalten kann.

Die Bezeichnung weich im Zusammenhang von weich-magnetisch kommt daher, dass mechanisch weiches Eisen seine Magnetisierung verliert, während ein mit Kohlenstoff angereichertes, mechanisch hartes Eisen (z. B. Stahl) einen Teil der Magnetisierung behält. Man bezeichnet diese Eigenschaft des Metalls als Remanenz. Remanenz kommt vom lateinischen Wort Remanere und bedeutet so viel wie zurückbleiben. Demzufolge wird Material mit hoher Remanenz als hartmagnetisch bezeichnet und Metall mit niedriger Remanenz als weichmagnetisch.

Die Besonderheit der Elektromagneten liegt darin, dass der Eisenkern seine Magnetisierung verliert, sobald der Strom ausgeschaltet wird. Die Magnetisierung kann also jederzeit reguliert oder ganz ausgeschaltet werden.

Unterschiede zwischen Permanent- und Elektromagneten

Der Elektromagnet wird durch Strom kontrolliert. Dies hat den Nutzen, dass der Eisenkern nur bei Bedarf eine magnetische Wirkung hat. Auch die Stärke des Magneten ist individuell anpassbar. Dies macht den Elektromagneten sehr flexibel einsetzbar. Der Permanentmagnet auf der anderen Seite ist – wie der Name schon sagt – permanent, also dauerhaft magnetisch. Weder ein Abschalten noch die Regulierung der Magnetkraft ist bei diesem Magneten möglich. Die magnetische Kraft kann nur, wie bereits beschrieben, durch starke Hitzeeinwirkung, durch kräftige Schläge oder durch ein starkes Magnetfeld, dass auf den Permanentmagneten einwirkt, entmagnetisiert werden. Ist dies der Fall, ist das Metallstück, das zuvor noch ein Magnet war, allerdings unbrauchbar und kann erst nach erneutem Magnetisier-Vorgang wieder als Permanentmagnet verwendet werden.

Die Stärke von Permanent- und Elektromagneten

Die Stärke des Magnetfeldes eines Elektromagnets hängt von einigen Faktoren ab: Kernmaterial, Anzahl der Wicklungen des Solenoids und Stromstärke spielen hier eine große Rolle. Ein großer Vorteil: Bei ausreichend hoher Stromstärke kann ein Elektromagnet eine deutlich stärkere Magnetstärke aufweisen als ein Permanentmagnet.