Historisches zu Magneten und Magnetismus

Die Ursprünge der magnetischen Anziehungskraft

Die Geschichte des Magnetismus reicht zurück bis in die Antike. Schon vor über 2.500 Jahren bemerkten die alten Griechen, dass das Gestein "Magnetit" magnetische Eigenschaften besitzt.
Der Ursprung des Namens "Magnet" ist etwas umstritten. So soll der Magnet aufgrund der Landschaft bzw. Stadt Magnesia in Griechenland, wo man ein Erz (Magnetit) gefunden hat, zu seinem Namen gekommen sein. Eine andere Erklärung besagt, dass der Hirte Magnes mit der Spitze seines Hirtenstabes am magnetischen Gestein hängen geblieben wäre, und dies dem Magnet seinen Namen gegeben habe.

Von der Entdeckung der magnetischen Wirkung bis zur ersten Anwendung dauerte es dann eine längere Zeit.

Der Kompass, Nord- und Südpol

Urkundlich erwähnt waren es die Chinesen, die im 2. Jahrhundert v. Chr., die die magnetische Wirkung als erste für einen Kompass nutzten (Nasser Kompass).

Erste systematische Untersuchungen führte Pierre de Maricourt (Petrus Peregrinus) im 12. Jahrhundert. durch. Er erwähnt in seinen Schriften, dass sich gleiche magnetische Pole abstoßen und ungleiche Pole anziehen. Außerdem kam er zu der Erkenntnis, dass beim Zerbrechen eines Magneten, zwei neue Magneten entstehen.
Erst deutlich später (um 1600) erkannte Gilbert, dass sich die Erde wie ein großer Magnet mit Polen nahe des geografischen Nord- und des geografischen Südpoles verhält. Aufgrund der Tatsache, dass der Nordpol des Magneten etwa zum geografischen Südpol und der Südpol des Magneten ungefähr zum geografischen Nordpol weist, kam es zu der etwas unglücklichen Festlegung, dass der magnetische Nordpol in der Nähe des geografischen Südpols und der magnetische Südpol in der Nähe des geografischen Nordpoles liegt. Damit waren Norden und Süden definiert.
Zusammengefasst: Der Nordpol der Kompassnadel zeigt (ungefähr) zum geografischen Nordpol, der Südpol der Kompassnadel ungefähr zum geografischen Südpol. Die Abweichung, welche ortsabhängig ist, heißt Missweisung oder magnetische Deklination. Sie kann aus Tabellen entnommen werden. Da sich eine Kompassnadel genaugenommen entlang der magnetischen Feldlinien ausrichtet, welche nicht parallel zur Erdoberfläche verlaufen, weist eine frei bewegliche Kompassnadel noch einen Winkel zur Erdoberfläche auf. Diese Winkelabweichung wird als magnetische Inklination bezeichnet.

Die Ära des Elektromagnetismus

Das 19. Jahrhundert markierte dann einen Meilenstein in der Geschichte des Magnetismus mit der Entdeckung des Elektromagnetismus. der dänische Physiker Hans Christian Orsted führe 1820 Experimente durch, die bewiesen, dass elektrischer Strom magnetische Felder erzeugen kann. Seine Entdeckung legten den Grundstein für die Entwicklung von Elektromagneten. Hierfür gab es zahlreiche Anwenden, wie den Telegrafen, Elektromotoren und vielen anderen nützlichen Gegenständen, die den Alltag einfacher machten.

Beschreibung des Magnetismus

Lange bekannt, auch schon angewendet z.B. beim Kompass, war aber die Ursache des Magnetismus lange Zeit völlig unverstanden und der Magnetismus geheimnisumwogen als Zauberkraft dargestellt.

Eine umfassende mathematische Beschreibung und insbesondere die Verknüpfung von Elektrizität und Magnetismus zum Elektromagnetismus gelang James Clark Maxwell 1861 bis 1864 mit einem System aus vier partiellen Differentialgleichungen, die als Maxwell-Gleichungen bekannt sind.
Es gelang Maxwell mit diesen Gleichungen die Wirkung von elektrischen und magnetischen Feldern auf Ladungen, sowie die Wechselwirkungen untereinander zu beschreiben.
Auf die Mathematik der Gleichungen soll hier nicht näher eingegangen werden.

Die wesentlichen Aussagen der Maxwell-Gleichungen sind folgende:
1. Gaußsches Gesetz für elektrische Felder: elektrische Ladungen sind die Quellen des elektrischen Feldes
2. Gaußsches Gesetz für magnetische Felder: das magnetische Feld ist quellenfrei; es gibt keine magnetischen Monopole
3. Induktionsgesetz: eine Änderung des magnetischen Feldes führt zu einem elektrischen Feld
4. Maxwell-Amperesches Gesetz: eine Änderung des elektrischen Feldes bewirkt ein magnetisches Feld

Zusammen mit der Lorentz-Kraft (benannt nach dem Physiker Antoon Lorentz), welche die Kraft auf bewegte Ladungen in elektromagnetischen Feldern beschreibt, können damit alle Phänomene der Elektrodynamik erklärt werden.
Wir wissen nun also, wie Magnetfelder erzeugt werden können, wie Magnetfelder auf Materie und Ladungen wirken, wir wissen aber noch nicht, was die eigentliche Ursache für den Magnetismus in einem Dauermagneten ist.

Die Geburt der modernen Magnete

Im 20. Jahrhundert revolutionierten Forschungen und Entdeckungen den Magnetismus nochmal deutlich. Die Entdeckung von Ferromagnetismus, Antiferromagnetismus und Ferrimagnetismus erweiterten das Verständnis der magnetischen Eigenschaften von Materialien.
Die Entwicklung von Hochleistungsmagneten (Supermagneten), wie Neodym Magneten oder Samarium-Cobalt Magneten in den 1980er Jahren brachte eine neue Ära in der Technologie mit sich.
Heutzutage finden Magnete ihre Anwendung in zahlreichen Bereichen wie Medizin, Energieerzeugung, Elektronik, sowie in alltäglichen Dingen wie Dekoartikeln, Fliegengittern etc.