Warum gibt es den magnetischen Nord- und Südpol beim Atom?
Moin
Ich habe mich heute gefragt wie ein Magnet funktioniert und es auch herausgefunden.
Dies kommt davon das die Pole der Atome in metallischen Legierungen aus z.b. Eisen, Nickel, Aluminium, Cobalt, Kupfer, Mangan und anderen Werkstoffen dazu gebracht werden, sich alle in die gleiche Richtung zu drehen. Sodas ein Dipol entsteht.
Der Pol beim einzelnen Atom kommt daher dass das Elektron einen Eigendrehimpuls(Spin) hat und sich um das Nukleon herum bewegt.
Doch warum bewirkt der Spin und das schnelle fliegen um das Nukleon einen Magnetischen Nord und Südpol?
Irgendwie habe ich das Gefühl das es ähnlich wie bei elektrischen Magneten ist habe jedoch nirgends eine Antwort gefunden🤷♂️
Naja hoffe jemand weiss dies und kann es mir detailiert erklären. Vielen Dank jetzt schon und einen Schönen Abend/Tag🖖
3 Antworten
Den Spin kann man eigentlich nicht anschaulich verstehen und auch nicht klassisch beschreiben.
Für das magnetische Moment eines Elektrons oder Protons könnte man sich hier aber anschaulich vorstellen, dass sich eine ausgedehnte, negativ geladene Kugel dreht (das ist nur ein Behelf und trifft nicht zu! Ein Elektron hat nach unserem bisherigem Wissen keine Ausdehnung, d.h., die Ladungsverteilung ist die eines punktförmigen Teilchens). Wenn sich eine ausgedehnte geladene Kugel dreht, fliesst um das Zentrum ein elektrischer Strom, und dieser wiederum bewirkt, ähnlich wie bei einer Stromschleife, ein Magnetfeld in Richtung der Drehachse.
Bei einem Atom kommt das magnetische Moment des Bahndrehimpulses der Elektronen hinzu. Auch die "kreisenden Elektronen" bewirken einen Strom und damit ein Magnetfeld (hat wiederum nichts mit der Realität zu tun, die Elektronen kreisen nicht um den Kern. Sie können aber einen Bahndrehimpuls haben, mit dem ein magn. Moment verbunden ist.)
PS: Zum magnetischen Moment einer Leiterschleife siehe
https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetisches_Dipolmoment#Ebene_Leiterschleife
Kleine Ergänzung, die vermutlich unnötig ist.
Mir fällt auf, dass du zweimal geschrieben hast, dass sich das Elektron um ein Nukleon herumbewegt. Vergessen wir einmal die Frage, wie richtig die Vorstellung eines kreisenden Elektrons ist, wie sie im klassischen Bohr'schen Atommodell präsentiert wird, aber du meinst sicher dass sich das Elektron um den Nukleus bewegt, oder?
Denn als Nukleon bezeichnet man jedes Kernteilchen, also Protonen und Neutronen; der Nukleus ist aber der ganze Atomkern.
(Lediglich im normalen Wasserstoff wäre die Beschreibung richtig, weil der H-Nukleus ja aus nur einem einzigen Nukleon besteht.)
So wie du das schreibst, könnte man meinen, dass du dir vorstellst, dass sich jedes Elektron z.B. um ein bestimmtes Proton bewegt, das Atom also aus einer Ansammlung von Nukleonen besteht, von denen etliche ein eigenes Elektron haben wie ein kleiner Mond. Das ist natürlich nicht so.
Vermutlich hast du dich einfach nur mit der Bezeichnung Nukleon / Nukleus vertan, aber falls nicht, wollte ich das schnell klären.
Vereinfacht gesagt kann man sagen, dass die Flugbahn des Elektrons eben genauso wirkt, als würde sich ein Elektron in einem Kabel bewegen (Elektromagnet).
Streng genommen gibt es Magnetfelder (und Kräfte) nicht als eigenes physikalisches Phänomen. Durch Effekte der Relativitätstheorie hat das elektrische Feld, bzw. die elektrische Kraft eines geladenen Teilchens eine andere Wirkung, wenn Bewegung im Spiel ist. Diese andere Wirkung wird "Magnetismus" genannt. Also eigentlich ist Magnetismus das gleiche, wie Elektrizität - nur unter einem anderen Aspekt betrachtet. Daher spricht man von "Elektromagnetismus"...
Der Zusammenhang ist die Lorentztransformation: Sie beschreibt die Umwandlung, bzw. unterschiedliche Wirkung von Elektrizität und Magnetismus in Abhängigkeit von einer relativen Bewegung.