Anton-Philipp-Reclam-Gymnasium Leipzig/Kraefte721/Magnetische Kräfte
Magnete - Grundwissen
Welche Körper zieht ein Magnet an? Antwort: Ein Magnet zieht Eisen, Nickel, Cobalt an, und andersherum (sie müssen sich dabei nicht berühren). Außerdem gibt es keramische Werkstoffe, die magnetische Eigenschaften haben, zum Beispiel die so genannte Ferrite (Eisenoxid Hämatit).
Stabmagnet: Verschiedene Bereiche des Stabmagneten ziehen Eisenkörper unterschiedlich stark an. An den Enden des Stabmagneten kommen die größten Kräfte vor. Der Stabmagnet dreht sich immer wieder in die gleiche Richtung, die Nord-Süd-Richtung der Erde.
Merke: Ein Magnet besitzt zwei Pole, an denen die magnetische Kraft am größten ist.
Gibt es Unterschiede zwischen den beiden Hälften?
Antwort: Nein, die beiden Hälften haben die gleiche magnetische Kraft. Außer, dass der Nordpol immer rot markiert (zeigt immer nach Norden) wird und der Südpol grün (zeigt immer nach Süden).
Zwischen einem Nord- und Südpol treten anziehende Kräfte auf, zwischen zwei Nordpolen bzw. zwei Südpolen abstoßende Kräfte.
Magnetisieren von Kräften: An einem Pol eines Magneten kann man mehrere Nägel aneinander hängen und sie ziehen sich an. Die Nägel, die man an dem Magneten hängt, werden selbst magnetisch. Alle Teile sind vollständige Magneten. Sie besitzen jeweils einen Nord- und einen Südpol.
Magnete und magnetisches Feld
Der Raum um einen Magneten hat besondere Eigenschaften: Auf Magneten um magnetisierbare Probekörper werden Kräfte ausgeübt. Einen solchen Raum nennt man ein magnetisches Feld.
Magnetische Feldlinien: An verschiedenen Stellen in der Umgebung des Magneten richtet sich die Magnetnadel in verschiedene Richtungen aus. Dies kann man benutzen, um das magnetische Feld zu beschreiben. Das Bild zeigt die Linien, auf denen die Magnetnadel bewegt wurde. Sie werden magnetische Feldlinien genannt. ➡️
Das Feldlinienbild: Zeichnet man mehrere magnetische Feldlinien, die in der Umgebung eines Magneten verlaufen, so erhält man ein Feldlinienbild (siehe Bild). Die Feldlinien verlaufen außerhalb des Magneten vom Nordpol zum Südpol. Der Nordpol einer kleinen Magnetnadel zeigt in Richtung der Feldlinie, der Südpol in die entgegengesetzte Richtung. Je dichter die Feldlinien in einem Gebiet liegen, um so größer ist die auftretende magnetische Wirkung. Man kann selbst entscheiden, wie viele Feldlinien man in einem Feldlinienbild zeichnen will. Doch sollte man darauf achten, dass es nicht zu viele sind, sonst wird es unübersichtlich. Aus dem Feldlinienbild kann man erkennen, wie die Kraft an anderen Stellen gerichtet und wie groß ihr Betrag ist. FARADAY hat das Feldlinienbild des magnetischen Feldes entwickelt.
Formen magnetischer Felder:
Wenn der Abstand von den Magneten größer ist, umso größer ist der Abstand zwischen den Feldlinien, dann ist die magnetische Kraftwirkung geringer. Bei Feldlinien die parallel zu einander laufen, ist die magnetische Kraftwirkung überall gleich groß. So ein Feld nennt man ein homogenes magnetisches Feld.
Das magnetische Feld als Vermittler der Kräfte:
Wenn man eine mechanische Kraft übertragen will, braucht man dafür einen Körper. Zum Beispiel: bei einem Fahrrad wird die Kraft von der Pedale in die Kette übertragen und von der Kette zum Hinterrad. Bei magnetischen Feldern ist kein Körper zum Übertragen der Kräfte erforderlich.
Magnetfeld von Elektromagneten
Der Physiker Hans Christian Oersted, hat im Jahr 1820 ein Experiment durchgeführt, indem er ein stromdurchflossenes Drahtstück untersuchte. Nachdem er das Drahtstück horizontal auf eine Nadel gespannt hatte, sah er, sobald Strom durchfloss bewegte sich die Nadel.
Merke: Ein elektrischer Strom ist von einem magnetischen Feld umgeben.
Außerhalb einer Spule ist das Magnetfeld gleich wie bei einem Stabmagneten. Ein homogenes Magnetfeld tritt im Inneren einer Spule auf.
Die Spule als Elektromagnet: je größer die Stromstärke ist, umso größer ist auch die Kraft, die auf einen Probekörper ausgeübt wird. Je größer die Windungszahl einer Spule ist, umso größer ist auch die Kraft auf einen Probekörper. Für viele technische Anwendungen z.B. beim Lasthebemagneten ist es wichtig, dass sich das Magnetfeld einer Spule verändern oder ganz abschalten lässt. Beim Einschalten zieht er die Eisenrohre an und beim Abschalten des Stroms lösen sich die Eisenrohre wieder ab. Ein Lasthebemagnet besteht nicht nur aus einer Spule, sondern auch noch aus Eisenteilen. Durch die Eisenteile vergrößert sich die Tragkraft des Magneten.
Magnetfeld der Erde
Das Magnetfeld als Orientierungshilfe:
Dass die Erde ein großer Magnet ist, kann man daran erkennen, dass sich ein Magnet - wenn man ihn drehbar aufhängt - in Nord-Süd-Richtung ausrichtet. Diese Erscheinung wird bei einem Kompass genutzt.
Die Pole des Magnetfeldes: die Erde hat ein ähnliches Magnetfeld wie das Feld eines Stabmagneten. Da sich gleichnamige Pole abstoßen, muss im geographischen Sinne der Südpol sein, wohin die Nordseite der Nadel zeigt. Die geografische Nord-Süd-Richtung kann man durch die Stellung des Polarstern oder der Sonne herausfinden. Die Magnetpole der Erde haben ein Abstand von etwa 2000 km zu den geographischen Polen. Durch den großen Abstand, zeigt der Kompass nicht die genaue Nord-Süd-Richtung an. Der Winkel, der abweicht, heißt Deklinationswinkel oder Missweisung. Außerdem sind die Feldlinien gegenüber der Erdoberfläche geneigt.
Sonnenwind
Die Sonne sendet elektrisch geladene Teilchen, das ist der so genannte Sonnenwind. Dadurch verändert sich die Form des Erdmagnetfeldes. Je nach Aktivität der Sonne wird das Magnetfeld auf der Erde etwas verändert.
