Was ist das Pauli Prinzip?

Das Pauli-Prinzip - auch als Pauli-Verbot oder Paulisches Ausschließungsprinzip bezeichnet - wurde 1924 von dem Physiker Wolfgang Ernst Pauli entdeckt und knapp 20 Jahre später bekam er für seine Arbeit auch den Nobelpreis. Allgemein gesagt gilt nach dem Pauli-Prinzip, dass zwei Elektronen in einem Atom niemals genau den gleichen Zustand aufweisen dürfen. Durch diese Beschreibung wird klar, wieso es auch Verbot oder Ausschließungsprinzip genannt wird. Um dieses genauer erklären und nachvollziehen zu können, sollten wir erst einige Grundlagen klären. 

Begriffserklärungen zum Pauli-Prinzip

Der Zustand eines Elektrons wird in sogenannten Quantenzahlen gemessen. Hierbei handelt es sich um vier verschiedene physikalische Größen, die die Eigenschaften des Elektrons darstellen: die Energie - abgekürzt mit “n”, den Drehimpuls - abgekürzt mit “l”, die Orientierung dieses Drehimpulses - abgekürzt mit “m”, sowie die Orientierung des Elektrospins - abgekürzt durch “s”. Hinzu kommt die Abkürzung “sm” welche für die Ausrichtung des Elektrospins steht. In einer Gleichung tauchen demnach diese fünf Variablen für die Bewegungseigenschaften des Elektrons auf und laut dem Pauli-Prinzip, dürfen sie niemals die gleichen sein.

Es gibt jedoch eine Einschränkung. Das Pauli-Prinzip gilt nicht einfach für alle Elektronen, sondern lediglich für die, deren Spin nicht ganzzahlig ist. Diese Elektronen nennt man Fermionen. Alle Teilchen mit ganzzahligen Spins, auf die das Ausschließungsprinzip demnach nicht zutrifft nennen wir Bosonen. Der Raum innerhalb eines Atoms in dem sich die Elektronen befinden und eben nicht gleichzeitig aufhalten können, wenn sie nicht ganzzahlig sind und dieselbe Anordnung aufweisen nennt sich Orbital. Somit hätten wir vorerst die wichtigsten Begriffe erklärt, um das Pauli-Prinzip zu verstehen.

Das Pauli-Prinzip im Zusammenhang mit dem Ferromagnetismus

Der Ferromagnetismus kommt letztendlich durch die Austauschwechselwirkung der Elektronen in einem Festkörper zustande. Auch diese, lässt sich mit dem Pauli-Prinzip erklären. Wie? Das schauen wir uns im Folgenden an: 

Wie wir bereits in anderen Beiträgen unseres Blogs geklärt haben, kommt Magnetismus gerade dadurch zustande, dass sich die Elektrospins keine unterschiedliche Richtung des Spins aufweisen dürfen. Nun verbietet das Pauli-Prinzip innerhalb des Magneten, dass die Spins in nebeneinander liegenden Elektronen unterschiedlich sind, entsteht eine Kraft zwischen genau diesen, die die Spins parallel stellt und somit stabilisiert. An genau dieser Stelle tritt also die Austauschwechselwirkung auf. Diese ist so stark, dass wie wir ebenfalls bereits geklärt haben ein ferromagnetisch magnetisierter Stoff seine Magnetkraft nicht so leicht verliert, auch wenn der äußere Einfluss ausgeschaltet wird. Bei Elektromagneten ist dies genau das Gegenteil.

Falls Sie mehr über den Zusammenhang zwischen dem Pauli-Prinzip mit dem Ferromagnetismus erfahren möchten oder andere Fragen haben, können Sie jederzeit unser Expertenteam kontaktieren. Wir beraten Sie gerne ganz unverbindlich und bieten Ihnen ausführliche Informationen.