Magnetismus und Elementarmagnete
Zu Hause hängt am Kühlschrank ein Magnet und hält einen Einkaufszettel fest. Aber warum klebt er am Kühlschrank und nicht an der Holztür? Und was passiert, wenn du einen Magneten in der Mitte durchbrichst? Das klärst du in diesem Abschnitt Schritt für Schritt.
Magnetische Stoffe und Pole
Nicht alles wird von einem Magneten angezogen. Probiere es mit einem Magneten aus: Eine Büroklammer aus Stahl springt zu ihm, ein Radiergummi oder ein Holzstück bleibt liegen.
Stoffe, die von einem Magneten angezogen werden, heißen ferromagnetisch. Dazu gehören Eisen, Nickel und Cobalt (und Stahl, denn er besteht hauptsächlich aus Eisen). Kupfer, Aluminium, Glas, Holz, Kunststoff und Papier werden nicht angezogen.
Ein Stabmagnet hat zwei Pole: den Nordpol (meist rot) und den Südpol (meist grün). An den Polen sind die Kräfte am stärksten, in der Mitte ist fast keine Wirkung.
Nenne drei Stoffe, die von einem Magneten angezogen werden, und drei, die nicht angezogen werden.
Nenne drei Stoffe, die von einem Magneten angezogen werden, und drei, die nicht angezogen werden.
Magnetfeld und Feldlinien
Die Kraft eines Magneten wirkt auch ohne Berührung. Der Raum um den Magneten, in dem diese Kraft spürbar ist, heißt Magnetfeld. Man kann es sichtbar machen: Lege ein Blatt Papier auf einen Stabmagneten und streue Eisenfeilspäne darauf. Klopfe leicht. Die Späne ordnen sich in Linien an, die von einem Pol zum anderen verlaufen.
Diese Linien nennt man Feldlinien (im Modell). Außerhalb des Magneten verlaufen sie vom Nordpol zum Südpol. Wo die Linien dicht beieinander liegen, ist das Magnetfeld stark: das ist an den Polen. Eine Kompassnadel richtet sich im Magnetfeld entlang der Feldlinien aus.
Auf ein Blatt Papier über einem Stabmagneten streut Jonas Eisenfeilspäne. a) Was beobachtet er? b) Welche Aussage kann man über das Magnetfeld machen? c) Wo ist die…
Auf ein Blatt Papier über einem Stabmagneten streut Jonas Eisenfeilspäne.
- a) Was beobachtet er?
- b) Welche Aussage kann man über das Magnetfeld machen?
- c) Wo ist die Wirkung am stärksten? Woran erkennt man das?
Das Modell der Elementarmagnete
Warum kann man ein Eisenstück magnetisch machen? Und warum bekommt man beim Durchbrechen eines Magneten keinen einzelnen Pol? Dazu gibt es ein Modell: das Modell der Elementarmagnete.
Was passiert beim Durchbrechen? Jedes Bruchstück besteht wieder aus ausgerichteten Elementarmagneten. Jedes Teil hat also wieder einen Nord- und einen Südpol. Man kann die Pole nicht trennen: Einen einzelnen Nordpol gibt es nicht.
Ein Stabmagnet wird in der Mitte durchgebrochen. a) Wie viele Pole haben die Teile? b) Kann man einen Nordpol allein erhalten?
Ein Stabmagnet wird in der Mitte durchgebrochen.
- a) Wie viele Pole haben die Teile?
- b) Kann man einen Nordpol allein erhalten?
Im Modell der Elementarmagnete besteht ein Eisenstück aus vielen kleinen Magneten. a) Beschreibe die Anordnung der Elementarmagnete in einem unmagnetischen Eisenstück.…
Im Modell der Elementarmagnete besteht ein Eisenstück aus vielen kleinen Magneten.
- a) Beschreibe die Anordnung der Elementarmagnete in einem unmagnetischen Eisenstück.
- b) Beschreibe die Anordnung in einem magnetisierten Eisenstück.
- c) Erkläre mit dem Modell, warum ein Stabmagnet nach dem Durchbrechen zwei vollständige Magnete ergibt.
Magnetisieren und Entmagnetisieren
Magnetisieren: Streichst du eine Eisennadel mit einem Pol eines Stabmagneten immer in dieselbe Richtung, richtet der Magnet die Elementarmagnete der Nadel aus. Die Nadel wird selbst zum Magneten. Auch eine Büroklammer, die an einem Magneten hängt, wird magnetisch: Der Magnet richtet ihre Elementarmagnete aus. Darum kann an ihr eine zweite Klammer hängen.
Entmagnetisieren: Die Ordnung der Elementarmagnete geht wieder verloren, zum Beispiel durch
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starkes Erhitzen: Die Teilchen bewegen sich heftig und bringen die Elementarmagnete durcheinander,
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kräftige Erschütterungen (Hämmern, Fallenlassen),
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ein starkes Magnetfeld in entgegengesetzter Richtung.
Eine Eisennadel wird mit einem Stabmagneten immer in einer Richtung bestrichen. a) Was geschieht mit der Nadel? b) Wie nennt man diesen Vorgang?
Eine Eisennadel wird mit einem Stabmagneten immer in einer Richtung bestrichen.
- a) Was geschieht mit der Nadel?
- b) Wie nennt man diesen Vorgang?
Ein Stabmagnet wird stark erhitzt und mehrfach auf den Boden geschlagen. a) Was passiert mit seiner Magnetwirkung? b) Erkläre dies mit dem Modell der Elementarmagnete.…
Ein Stabmagnet wird stark erhitzt und mehrfach auf den Boden geschlagen.
- a) Was passiert mit seiner Magnetwirkung?
- b) Erkläre dies mit dem Modell der Elementarmagnete.
- c) Nenne eine weitere Möglichkeit, einen Magneten zu entmagnetisieren.
Eine Büroklammerkette entsteht: Eine Büroklammer hängt an einem Magneten, an dieser hängt eine zweite, daran eine dritte. a) Erkläre mit dem Modell der Elementarmagnete,…
Eine Büroklammerkette entsteht: Eine Büroklammer hängt an einem Magneten, an dieser hängt eine zweite, daran eine dritte.
- a) Erkläre mit dem Modell der Elementarmagnete, warum die Klammern selbst magnetisch werden.
- b) Warum fallen die Klammern ab, wenn man den Magneten entfernt?
- c) Warum bleiben sie bei Stahlnadeln länger magnetisch als bei weichem Eisen?
Magnet erkennen und Störungen im Alltag
Zwei gleiche Eisenstäbe: Einer ist ein Magnet, einer nicht. Wie findest du es heraus? Nutze, dass die Kraft an den Polen am stärksten ist, in der Mitte aber fast null.
Auch die Erde ist von einem Magnetfeld umgeben, wie ein riesiger Stabmagnet. Eine Kompassnadel ist ein kleiner Magnet, der sich frei drehen kann. Sie richtet sich im Erdmagnetfeld aus: Ihr Nordpol zeigt zum geografischen Norden. Darum findest du mit dem Kompass die Himmelsrichtungen.
Magnetfelder können im Alltag stören. Ein Lautsprecher enthält einen starken Dauermagneten. Sein Magnetfeld lenkt die Kompassnadel ab, sie zeigt dann falsche Richtungen. Auf Kreditkarten sind im Magnetstreifen winzige magnetische Teilchen ausgerichtet und speichern die Daten. Ein starker Magnet kann diese Ordnung durcheinanderbringen: Die Karte ist dann nicht mehr lesbar.
Zwei Eisenstäbe sehen gleich aus. Einer ist ein Magnet, der andere nicht. Du hast nur die beiden Stäbe, keine weiteren Hilfsmittel. a) Beschreibe einen Versuch, mit dem…
Zwei Eisenstäbe sehen gleich aus. Einer ist ein Magnet, der andere nicht. Du hast nur die beiden Stäbe, keine weiteren Hilfsmittel.
- a) Beschreibe einen Versuch, mit dem du den Magneten identifizierst. (Tipp: Wo wirken die Kräfte am stärksten?)
- b) Begründe deine Beobachtung mit der Lage der Pole.
- c) Begründe, warum man ohne zusätzliche Hilfsmittel nicht sagen kann, welches Ende der Nordpol ist.
Ein Kompass zeigt in der Nähe eines Lautsprechers falsche Richtungen an. a) Erkläre, warum. b) Welche Stoffe im Lautsprecher sind dafür verantwortlich? c) Erkläre, warum…
Ein Kompass zeigt in der Nähe eines Lautsprechers falsche Richtungen an.
- a) Erkläre, warum.
- b) Welche Stoffe im Lautsprecher sind dafür verantwortlich?
- c) Erkläre, warum Kreditkarten mit Magnetstreifen nicht in die Nähe starker Magnete gelegt werden sollten.
Zurück zum Anfang: Der Magnet am Kühlschrank hält den Zettel, weil die Kühlschranktür aus Eisen/Stahl besteht, an der Holztür aber gibt es nichts Ferromagnetisches. Und ein durchgebrochener Magnet ergibt zwei vollständige Magnete, denn die Elementarmagnete bleiben ausgerichtet.