Beim Magnetpendel, an dessen unterem Ende ein starker Neodymmagnet befestigt ist, sind zwei physikalische Effekte wirksam:
- die magnetischen Eigenschaften der Probe, insbesondere, ob para- oder diamagnetisches Material vorliegt;
- die elektrische Leitfähigkeit des Materials.
erster Effekt:
Diamagnetischen Stoffe zeigen im feldfreien Raum keinen Magnetismus, da die einzelnen Atome kein magnetisches Moment haben. Unter dem Einfluss eines äußeren Magnetfeldes führen induktive Vorgänge in den Atomen bzw. bei deren Elektronen zu einem magnetischen Moment, das nach der Regel von Lenz dem äußeren Feld entgegenwirkt und dieses schwächt. Folglich wird die diamagnetische Probe das schwingende Pendel mit dessen inhomogenen Magnetfeld abbremsen.
Paramagnetische Stoffe zeigen im feldfreien Raum ebenfalls keinen Magnetismus, da sich die bei jedem Atom vorhandenen magnetischen Momente durch deren statistische Unordnung in ihrer Gesamtheit aufheben. Unter dem Einwirken eines äußeren Magnetfeldes richten sich diese atomaren Elementarmagnete in Richtung des äußeren Feldes aus und verstärken es. Folglich wird die paramagnetische Probe das schwingende Pendel mit dessen inhomogenen Magnetfeld anziehen, da Paramagnete in das inhomogene Magnetfeld gezogen werden.
zweiter Effekt:
Unter dem Einfluss eines äußeren Magnetfeldes wirken in bewegten Leitern auf deren frei verschiebbare Leitungselektronen Lorenzkräfte. Deren Richtung kann man mit der Rechten-Hand-Regel (technische Stromrichtung) bestimmen. Dadurch bilden sich innerhalb der Probe Wirbelströme aus, die nach der Regel von Lenz ein Magnetfeld erzeugen, das dem äußeren Magnetfeld entgegenwirkt. Dies bewirkt, dass das schwingende Pendel, dass das Magnetfeld verursacht, abgebremst wird. Die Stärke der Wirbelströme hängt auch wesentlich von der Leitfähigkeit des Stoffes ab. Da Silber und Gold – neben Kupfer – die beste Leitfähigkeit aller Metalle aufweisen, sind bei diesen Materialien die Wirbelströme besonders stark ausgeprägt. Folglich wird durch das Magnetpendel eine qualitative Leitfähigkeitsmessung durchgeführt, die durch die relativ geringe Geschwindigkeit des Pendels sehr tief in das Probenmaterial wirkt. Plastiktaschen für Münzen stellen deshalb kein Hindernis dar.
Durch das bewegte, inhomogene Feld des Magnetpendels, ist die wechselseitige Kraftwirkung zwischen dem Magneten des Pendels und der Probe besonders groß.
Die von beiden Effekten herrührenden Kräfte überlagern sich und führen beim Magnetpendel zu einem deutlich unterschiedlichen Schwingungsverhalten. Diamagnetische Stoffe bremsen das Pendel sehr stark ab. Bei Gold- und Silberproben höchster Reinheit wird die Pendelschwingung sofort unterbunden, während Edelmetallproben mit einem geringeren Feingehalt das Pendel geringfügig schwächer abbremsen. Proben aus paramagnetischem Wolfram führen zu kaum einer Dämpfung der Pendelschwingung.