echoesof.science · 15–16 Jahre
Magnetismus: Domänen, Elektromagnete und das Erdmagnetfeld
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Jeder Magnet hat einen Nord- und einen Südpol; gleichnamige Pole stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an. Magnetische Pole lassen sich nicht isolieren: Zerschneidet man einen Magneten, hat jedes Stück beide Pole – bis hinunter zu einzelnen Atomen.
Eisen, Cobalt, Nickel und Gadolinium sind ferromagnetisch. In ihnen gibt es Domänen (Weiss-Bezirke), kleine Bereiche, die sich wie winzige Stabmagnete verhalten. In einem unmagnetisierten Stück zeigen die Domänen in zufällige Richtungen; ein äußeres Feld richtet sie aus und lässt sie wachsen, und Erhitzen und Abkühlen oder Klopfen kann die Ausrichtung festhalten. Oberhalb der Curie-Temperatur (1043 K bei Eisen) lässt sich ein Ferromagnet überhaupt nicht magnetisieren.
Elektrischer Strom erzeugt Magnetfelder; bewegte Ladung ist sogar die Quelle allen Magnetismus. Eine stromdurchflossene Spule ist ein Elektromagnet: ein vorübergehender Magnet, dessen Stärke mit der Stromstärke und der Windungszahl wächst und den ein Eisenkern stark verstärkt.
Versuch: Wovon hängt die Stärke eines Elektromagneten ab?
- Wickle 20 Windungen auf den Kern. Schalte Spule, Amperemeter und Schiebewiderstand in Reihe mit dem Netzgerät.
- Stelle die Stromstärke auf 0,5 A ein. Zähle, wie viele Büroklammern der Kern hebt. Schalte zwischen den Messungen aus.
- Wiederhole bei 1,0 A, 1,5 A und 2,0 A mit 20 Windungen.
- Halte nun die Stromstärke bei 1,0 A und teste 10, 20, 30 und 40 Windungen.
- Trage die Zahl der gehobenen Büroklammern gegen die Stromstärke und gegen die Windungszahl auf. Beschreibe die Trends.
- Entferne den Kern und wiederhole eine Messung. Vergleiche.
| Stromstärke (A) | Windungen | Büroklammern, Messung 1 | Büroklammern, Messung 2 | Mittelwert |
|---|---|---|---|---|
| 0,5 | ||||
| 1,0 | ||||
| 1,5 | ||||
| 2,0 | ||||
| 1,0 (10 Windungen) | ||||
| 1,0 (40 Windungen) |
Fragen
Erkläre mit Hilfe der Domänen, wie ein Stück Eisen magnetisiert wird und warum Erhitzen es entmagnetisieren kann.
Beschreibe und erkläre deine Ergebnisse für die Stromstärke und für die Windungszahl.
Warum nennt man den Magnetpol der Erde nahe dem geografischen Nordpol einen Südpol?
Eine Karte aus dem Jahr 2000 gibt die Deklination für deinen Ort an. Warum könnte sie heute falsch sein?
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