{"id":676,"date":"2016-05-11T14:00:44","date_gmt":"2016-05-11T13:00:44","guid":{"rendered":"http:\/\/www.lernen-mit-spass.ch\/team\/weblog\/?p=676"},"modified":"2016-05-11T14:06:15","modified_gmt":"2016-05-11T13:06:15","slug":"magnetismus-die-faszination-einer-eigenen-welt","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/lernen-mit-spass.ch\/blog\/magnetismus-die-faszination-einer-eigenen-welt\/","title":{"rendered":"Magnetismus \u2013 die Faszination einer eigenen Welt!"},"content":{"rendered":"

Die Wirkung von Magneten ist seit vielen Jahrtausenden bekannt, auch heute noch \u00fcbernehmen magnetische Wirkungen eine Kernfunktion in Technik und Industrie<\/a>. Der Magnetismus fasst daher alle physikalischen Ph\u00e4nomene zusammen, die auf einer Kraftwirkung beruhen, die zwischen magnetisierten Gegenst\u00e4nden und bewegten elektrischen Ladungen stattfindet. Ein hierbei entstehendes Spannungsfeld, das sogenannte Magnetfeld, basiert grunds\u00e4tzlich auf sich bewegenden elektrischen Ladungen. Im folgenden Artikel sollen die wesentlichen Grundlagen und Besonderheiten des Magnetismus\u2018 erl\u00e4utert werden, um Sch\u00fclern<\/a> einen \u00dcberblick bieten zu k\u00f6nnen!<\/p>\n

\"Magnet\"\/
Der Magnetismus ist auch heute noch ein sehr faszinierendes Prinzip, ohne das viele unserer technischen Errungenschaften nicht funktionieren w\u00fcrden – Grund genug, sich n\u00e4her damit auseinanderzusetzen.<\/em><\/div>\n

Eine Sache \u201ezieht\u201c eine andere Sache an<\/strong><\/p>\n

Um die Bedeutung hinter dem Begriff \u201eMagnetismus\u201c besser nachvollziehen zu k\u00f6nnen, muss man sich dessen Wirkweise bildhaft vorstellen. Es ist immer dann von \u201eMagnetismus\u201c die Rede, wenn ein bestimmtes Material die Eigenschaft besitzt, magnetisch leitbare Stoffe \u201eanzuziehen\u201c. In der Schule werden derartige Stoffe auch als \u201eferromagnetische Stoffe\u201c bezeichnet. Man kennt sie aus der Praxis, allen voran beispielsweise Eisen oder Nickel. Aus diesem Grund werden etwa die Kerne, welche sich in Transformatoren oder Spulen finden, auch aus Eisen hergestellt. Hierdurch l\u00e4sst sich ein bestehendes Magnetfeld noch zus\u00e4tzlich verst\u00e4rken.
\nEs ist wichtig zu begreifen, dass in jedem Elementarteilchen ein magnetisches Moment vorhanden ist. Man spricht auch vom \u201eSpin\u201c. Was nun praktisch bei einer \u201eMagnetisierung\u201c passiert, ist die parallele Ausrichtung dieser Momente in jedem Molek\u00fcl. Auf diese Weise lassen sich hilfsweise bestimmte Dinge magnetisieren, die aufgrund ihrer Struktur zun\u00e4chst keine magnetische Wirkung aufweisen. Die bereits angesprochenen ferromagnetischen Werkstoffe, etwa Eisen, besitzen naturgem\u00e4ss parallel zueinander ausgerichtete Bereiche (sog. Weisssche Bezirke). Indem das Magnetfeld entsteht, werden diese Weissschen Bezirke parallel angeordnet \u2013 das verwandte Material selbst wird zum Magneten. <\/p>\n

Ein \u201enat\u00fcrlich\u201c vorkommender Magnetismus?<\/strong><\/p>\n

Geht es nun darum, die verschiedenen Arten von Magnetismus zu benennen, muss grob zwischen nat\u00fcrlich auftretendem und k\u00fcnstlich hergestelltem Magnetismus unterschieden werden. Nat\u00fcrlich gelten in diesem Bezug magnethaltige Gesteine, auch Magnetit genannt. K\u00fcnstliche Magneten basieren auf den bereits erw\u00e4hnten ferromagnetischen Stoffen. Darunter werden ebenso Elektromagnete gez\u00e4hlt, die also auf Strom basieren.
\nEin permanenter Magnet, der etwa in U-, Stab- oder Block-Form vorliegt, bildet den Rahmen des magnetischen Feldes. Innerhalb dieses Magnetfeldes verlaufen magnetische Kr\u00e4fte, angegeben in Form von Feldlinien. Von aussen betrachtet, verlaufen diese von Nord- zu S\u00fcdpol. Innerhalb dieses Magnetfeldes richten sich die Feldlinien hingegen von S\u00fcd- zu Nordpol. Aus praktischen Beobachtungen weiss man, dass entsprechend gleichartige Pole sich abstossen. Das magnetische Feld sorgt f\u00fcr den Einfluss der Lorentzkraft<\/a>, die proportional zur Geschwindigkeit verl\u00e4uft.<\/p>\n

Hinweis:<\/strong> Ein bestimmter Austausch von Energie wird dabei vermieden, wodurch Elektromotoren oder Generatoren mithilfe eines statischen Magnetfeldes \u00fcberhaupt erst funktionieren k\u00f6nnen. Je nach Verwendung wird die St\u00e4rke des Magnetfeldes in der magnetischen Feldst\u00e4rke H oder der magnetischen Flussdichte B ausgedr\u00fcckt.<\/em><\/p>\n

Die wichtigsten Eigenschaften verschiedener Magnettypen<\/p>\n\n\n\n\n\n
Nat\u00fcrlicher Magnet<\/b><\/td>\nElektromagnet<\/b><\/td>\nDauer- oder Permanentmagnet<\/b><\/td>\n<\/tr>\n
Ursprung in Magnetit-Seiten, gebildet aus eisenhaltiger, ausgek\u00fchlter Lava beziehungsweise Stickstoff-Gemischen.<\/td>\nMagnet basierend auf Induktion, also mittels elektrischem Strom. Basis stellt eine Spule dar, in welcher bei fliessendem Strom ein magnetisches Feld entsteht.<\/td>\nMagnete industriellen Ursprungs, zusammengesetzt aus verschiedenen Grundstoffen. H\u00e4ufig Kohlenstoff, Aluminium, oder Kobalt als Zusatz einer Eisenlegierung.<\/td>\n<\/tr>\n
<\/td>\nOffener Eisenkern innerhalb der Spule um das Magnetfeld zu f\u00fchren und zu verst\u00e4rken.<\/td>\nIn speziellen Anwendungsbereichen werden \u201eHeuslersche Legierungen\u201c verwendet.<\/td>\n<\/tr>\n
<\/td>\n<\/td>\nWichtig ist hier vor allem die richtige Anordnung der Atome, insbesondere bei Kobalt (Co), Nickel (Ni) und Eisen (Fe).<\/td>\n<\/tr>\n<\/table>\n

Was sind die wesentlichen Unterschiede?<\/strong><\/p>\n

\u00c4hnlich wie bei anderen Ph\u00e4nomenen, gibt es auch hier innerhalb der Magnetgruppen gravierende Unterschiede. Diese beziehen sich vor allem auf die St\u00e4rke des Magnetfeldes. Ein Umstand, den sich Industrie und Wissenschaft zunutze machen. Wesentliche Forschungen auf diesem Gebiet wurden von Gauss und Tesla<\/a> erbracht, die sich mit der magnetischen Flussdichte besch\u00e4ftigten. Sie dr\u00fcckt die Kraft einer magnetischen Fl\u00e4che aus, die auf einem Haftk\u00f6rper wirkt. Internationale Verwendung findet die Einheit Tesla (T) als Messeinheit, Gauss (G) ist hingegen in alten Lehrb\u00fcchern zu finden. Der Umrechnungsfaktor lautet: 1 T = 10.000 G.
\nGrunds\u00e4tzlich gilt ausserdem, dass die Haftkraft eines Magneten eine Auswirkung auf die St\u00e4rke des Magnetischen Feldes nimmt. An den jeweiligen Polen der Magneten ist diese Haftkraft am Gr\u00f6ssten. Je weiter es in Richtung Mitte geht, desto abgeschw\u00e4chter zeigt sich die Wirkung. Weitere Faktoren nehmen Einfluss auf die St\u00e4rke von Magneten, wie die folgende Auflistung in Ausz\u00fcgen darlegt.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n
Faktor<\/b><\/td>\nAuswirkung<\/b><\/td>\n<\/tr>\n
Abstand der Magneten<\/td>\nJe n\u00e4her die Magneten, genauer die Oberfl\u00e4chen zueinanderstehen, desto st\u00e4rker f\u00e4llt die Anziehungskraft aus.<\/td>\n<\/tr>\n
Beschaffenheit der Oberfl\u00e4che<\/td>\nJe glatter die Oberfl\u00e4che des entsprechenden Haftk\u00f6rpers ausf\u00e4llt, desto st\u00e4rker wirkt der Magnet.<\/td>\n<\/tr>\n
Ausrichtung des Magneten<\/td>\nDie st\u00e4rkste Magnetwirkung ist messbar, wenn der Magnet in senkrechter Position zum Haftk\u00f6rper positioniert wird.<\/td>\n<\/tr>\n
Volumen des Magneten<\/td>\nJe gr\u00f6sser das Volumen des Magneten ausf\u00e4llt, desto st\u00e4rker wirkt dieser. Entscheidend ist dabei zugleich das Verh\u00e4ltnis Dicke zu L\u00e4nge. Entsprechend wird nur eine geringe magnetische S\u00e4ttigung auf Seiten des Haftk\u00f6rpers erreicht, wenn dieser zu d\u00fcnn ausf\u00e4llt. Das Magnetfeld bleibt dann teilweise ungenutzt.<\/td>\n<\/tr>\n
Material des Haftk\u00f6rpers<\/td>\nManche Materialien weisen eine h\u00f6here magnetische Wirkung als andere auf. Dazu geh\u00f6ren Seltene Erden.<\/td>\n<\/tr>\n<\/table>\n

\"Elektromagnet\"
Ein sehr interessantes Beispiel f\u00fcr einen Elektromagneten \u2013 hier anhand eines Computers. Der grosse Vorteil eines Elektromagneten liegt darin, dass sich seine Funktionst\u00fcchtigkeit steuern l\u00e4sst. Er kann also ein- und auch wieder ausgeschaltet werden.<\/em><\/div>\n

Fazit<\/strong><\/p>\n

Magnetfelder, insbesondere homogene Magnetfelder, haben an jedem Ort dieselbe St\u00e4rke und gleiche Ausrichtung. Abstand und Richtung der darin eingefassten Feldlinien sind identisch \u2013 ein Umstand, der ebenso bei homogenen elektrischen Feldern greift. Das Innere eines Hufeisenmagnetes stellt ein homogenes Magnetfeld dar. Andererseits l\u00e4sst sich dieses mittels einer Helmholtz-Spule erzeigen, wobei die Spulen mit gr\u00f6sserem Radius und gleichzeitig geringerem Abstand zueinander angeordnet werden.<\/p>\n

Diese Varianten machen deutlich, wie etwa leistungsstarke Elektromotoren oder Antriebswerke in der Industrie und Fertigungstechnik m\u00f6glich werden. Das elektrostatische Feld, gleichsam wie das magnetische Feld der Umgebung von Ladungstr\u00e4gern, wird durch Bewegungen ver\u00e4ndert. Elektromagnetische Wellen entstehen, wie sie beispielsweise in Form von Licht oder Radiowellen bekannt sind. Dies zeigt sehr eindrucksvoll, welche Anwendungen der Magnetismus in unserer heutigen Welt bereits gefunden hat und wie wichtig dieses Prinzip auch heute noch f\u00fcr Sch\u00fcler ist!<\/p>\n

Bildquellen:
\nAbbildung 1: pixabay.com \u00a9 ClkerFreeVectorImages<\/a> (CC0-Lizenz)
\nAbbildung 2: pixabay.com \u00a9 olafpictures<\/a> (CC0-Lizenz)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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