Neodym-Eisen-Bor. Wie behält der Dauermagnet seine Anziehungskraft?
- 23.11.2012
- Magnetische Kraft lässt sich eindrucksvoll auf dem Schrottplatz beobachten: Da werden, scheinbar wie von Zauberhand mehrere hundert Kilo schwere Eisenteile auf Knopfdruck von einem Elektromagneten hochgezogen und scheinen an diesem zu kleben. Der Elektromagnet ist etwa einen Meter groß und besteht im Wesentlichen aus stromdurchflossenen Ringen aus Aluminiumband. Da der Elektromagnet an einem Kran hängt, kann der Schrott so bewegt und woanders wieder abgeladen werden: Wird der Strom abgestellt, fällt das Blech herunter. Das ist großartig, aber der Magnetkran benötigt ungefähr so viel Energie wie zehn Waschmaschinen. Wenn keine Energie mehr zur Verfügung steht, ist es mit der Anziehungskraft vorbei. Dem gegenüber kann man heute günstige Dauermagnete zum Beispiel aus Neodym-Eisen-Bor kaufen, die keinerlei Energieversorgung benötigen. Dennoch haben sie auch nach Jahren noch eine starke Anziehungskraft. Wie ist das möglich? Und wieso betreibt der Schrotthändler seinen Kran nicht mit Neodym-Eisen-Bor und spart so Energie und Stromkosten? Starke magnetische Anziehungskraft entsteht, wenn elektrischer Strom im Kreis fließt. Dabei kann der ganze Strom in einem großen oder vielen kleinen Kreisen fließen. Die vielen kleinen Kreisströme müssen allerdings dicht beieinander liegen und parallel ausgerichtet sein – wie ordentlich in einer Schachtel aufgeschichtete Muttern. Ein Dauermagnet enthält viele solche geordneter Kreisströme. Sie sind sehr klein: Jeder ist, einfach gesagt, nur so groß wie ein Atom. Die Herstellung eines Dauermagneten ist eigentlich nur das Ordnen dieser Kreisströme. Ist das einmal geschafft, bleibt die Magnetkraft dauerhaft, sie lässt sich nur nicht so leicht wieder abschalten. Strom kann also im Prinzip ohne Energiezufuhr im Kreis fließen. In manchen Atomen tut er das auch ganz von selbst, aus ebendiesen besteht ein Dauermagnet. Im Ring aus Aluminiumband, aus dem der Elektromagnet auf dem Schrottplatz besteht, fließt der Strom leider nicht von selbst ewig im Kreis herum. Er könnte es bei einer Temperatur von ca. minus 272 Grad Celsius, denn bei dieser Temperatur wird Aluminium »supraleitend«. Dann könnte der Magnetkran den Schrott ohne Stromanschluss ewig halten. Energie würde nur zum Anschalten benötigt. Bei schrottplatzüblichen Temperaturen ist bis heute leider kein supraleitendes Material bekannt. Einen ein Meter großen, ausreichend starken Kreisstrom kann man daher nur aufrechterhalten, wenn man gleichzeitig viel elektrische Energie in Wärme umsetzt, ähnlich wie in einem Toaster. Dementsprechend wird der Schrottplatzmagnet auch bis zu 100 Grad Celsius heiß: Hier, geht die Energie hin, die Magnetkraft »verbraucht« sie nicht. Wo nicht geschaltet werden muss und gekühlt werden kann, benutzt man für starke Magnetfelder tatsächlich supraleitende Ringe; so befinden sich mit die stärksten Magnetfelder in modernen Kernspintomographen: Die Magnetfelder dort sind stetig und brauchen, genau wie der Permanentmagnet, keine ständige Energiezufuhr