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Magnetismus: Pole, Felder und Elektromagnete
Magnetische Stoffe, Pole, Magnetfelder, der Magnetismus der Erde und wie Elektrizität Magnete erzeugt. Mit einem Experiment, bei dem du einen Elektromagneten baust.
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Nur wenige Stoffe sind stark magnetisch: Eisen, Nickel und Cobalt (und ein seltenes Metall namens Gadolinium). Stahl, der größtenteils aus Eisen besteht, ist auch magnetisch. Die meisten anderen Stoffe wie Plastik, Holz, Kupfer und Aluminium sind es nicht.[2]
Jeder Magnet hat einen Nordpol und einen Südpol. Gleichnamige Pole stoßen sich ab und ungleichnamige Pole ziehen sich an. Wenn du einen Magneten in der Mitte durchschneidest, bekommst du keinen einzelnen Nord und Süd, sondern zwei kleinere Magnete mit jeweils beiden Polen.[1]
Die Erde verhält sich wie ein riesiger Stabmagnet. Eine Kompassnadel ist ein kleiner Magnet, der sich nach dem Magnetismus der Erde ausrichtet, sodass ihr Nordende nach Norden zeigt. Der größte Teil des Erdmagnetismus entsteht tief im Inneren des Planeten, wo flüssiges Eisen und Nickel im äußeren Kern wirbeln.[1][3]
Der Magnetismus der Erde reicht weit in den Weltraum hinaus und bildet eine schützende Blase, die Magnetosphäre. Sie schützt unsere Atmosphäre vor dem Sonnenwind, einem Strom von Teilchen aus der Sonne. In der Nähe der Pole bringen energiereiche Teilchen aus der Magnetosphäre die Luft zum Leuchten: das Nord- und Südlicht (Polarlichter).[3]
Elektrizität und Magnetismus hängen zusammen: Ein elektrischer Strom erzeugt ein Magnetfeld. Eine Drahtspule, durch die Strom fließt, wird zu einem Magneten, den man ein- und ausschalten kann: ein Elektromagnet. Ein Eisenkern in der Spule macht ihn viel stärker. Elektromagnete stecken in Kränen, Türklingeln und Lautsprechern.[2]
Ausprobieren: Bau einen Elektromagneten
Du brauchst
- Ein großer Eisennagel (etwa 8–10 cm)
- Etwa 1,5 m dünner isolierter Kupferdraht
- Eine 1,5-V-Batterie (AA oder D) und etwas Klebeband
- Ein Häufchen kleiner Büroklammern aus Stahl
Sicherheit
Benutze nur eine einzige 1,5-V-Batterie. Schließe immer nur ein paar Sekunden an: Draht und Batterie werden warm. Schließe nie etwas an eine Steckdose an.
So geht's
- Lass etwa 20 cm Draht frei und wickle dann 10 Windungen eng um den Nagel. Entferne die Isolierung an den Drahtenden (ein Erwachsener hilft).
- Klebe die Drahtenden jeweils nur für ein paar Sekunden an die beiden Pole der Batterie.
- Berühre, solange alles angeschlossen ist, die Büroklammern mit der Nagelspitze. Zähle, wie viele er hochhebt.
- Trenne die Verbindung. Was passiert mit den Büroklammern?
- Wickle jetzt 20 Windungen, dann 30 Windungen, und zähle jedes Mal die Büroklammern. Nimm immer dieselbe Batterie.
Was passiert, und warum?
Der Strom in der Spule erzeugt ein Magnetfeld, und der Eisennagel darin macht es viel stärker, sodass der Nagel zum Magneten wird. Wenn der Strom aufhört, verliert der Nagel fast seinen ganzen Magnetismus und die Büroklammern fallen herunter. Mehr Windungen ergeben einen stärkeren Magneten, der mehr Büroklammern hebt. Das ist ein fairer Test, weil sich nur die Zahl der Windungen ändert.[2]
Spielen: Anziehen, abstoßen oder nichts?
Zwei Dinge kommen sich nahe. Ziehen sie sich an, stoßen sie sich ab oder passiert nichts?
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