Ein sanftes Brummen erschallt von zahlreichen Geräten, in denen Transformatoren den 230 Volt-Wechselstrom aus der Steckdose in niedrigere Spannungen umwandeln. Schweizer Physiker gingen nun der Ursache dieses Brummens auf atomarer Ebene auf den Grund: Ursache ist ein Pulsieren des Eisenkerns im Trafo, der sich unter den ständigen Richtungsänderungen eines induzierten Magnetfeldes leicht zusammenzieht und wieder ausdehnt. Die spektroskopisch genauen Beobachtungen dieses Verhaltens beschreiben die Wissenschaftler im Fachblatt “Physical Review Letters” .
Bei einer typischen Wechselstromfrequenz von 60 Hertz wird 120 mal pro Sekunde ein neues Magnetfeld im Eisenkern aufgebaut. Da magnetisierte Ionen danach streben, näher zusammenrücken, schrumpfen die Eisenkerne. Bei einem Kern mit einem Meter Durchmesser macht das zwar gerade mal ein Millionstel Meter aus. Genau dieses permanente Umordnen auf atomaren Niveau macht sich aber durch das konstante Brummen bemerkbar. Dieses Schrumpfen, Magnetostriktion genannt, konnten die Forscher von der
Universität Bern und der
Technischen Hochschule Zürich mit beschleunigten
Neutronen sichtbar machen. Allerdings wählten die Physiker als Testmaterial Mangan statt Eisen, da bei diesem Element der Effekt stärker auftritt.
Unmagnetisiert ordnen sich die Mangan-Atome innerhalb einer Kristallstruktur in einer geraden Linie an. Wirkt jedoch ein Magnetfeld, formieren sich immer je zwei Manganatome zu isolierten Paaren zusammen. Dabei nehmen sie weniger Platz ein und folglich schrumpt ein Manganblock aus Abermilliarden von Atomen um ein winziges Stück. Wechselt das Magnetfeld, ändert sich parallel die Anordnung der Atome. Dieses Pulsieren überträgt sich als Schallwelle auf die Luft und wird entsprechend der Wechselfrequenz mit einem tiefen 120-Hertz-Ton hörbar.
Da auch unser Planet im Grunde ein riesiger Magnet ist, wirkt auch hier die Magnetostriktion. Doch das Magnetfeld ist permanent und lässt dadurch den Erddurchmesser um rund zehn Zentimeter schrumpfen. Ließe sich dieses Magnetfeld abschalten, würde sich die Erde um diesen Wert ausdehnen. Dabei würde rein rechnerisch die Oberfläche um etwa zehn Quadratkilometer anwachsen.
Jan Oliver Löfken
