Anton-Philipp-Reclam-Gymnasium Leipzig/Kraefte745/Magnetische Kräfte

Grundwissen

In Verbindung mit Magneten hört man oft von Magnetismus. Magnetismus ist, wenn sich zwei Magneten anziehen oder abstoßen. Magneten können bestimmte Metalle anziehen oder abstoßen. Jeder Magnet hat einen Nord und einen Südpol. Wenn man jetzt zwei Nordpole aufeinander zeigen lässt, stoßen sie sich ab. Lässt man jedoch zwei ungleiche Pole aufeinander zeigen, ziehen sie sich an.

Magnetarten

Es gibt verschiedene Arten von Magneten, die Elektromagneten und die Permanentmagneten.

Permanentmagneten

Permanentmagneten sind magnetische Materialien, die dauerhaft magnetisch bleiben. Sie bestehen aus Metallen wie Eisen, Nickel oder Kobalt und haben einen Nord- und Südpol. Permanentmagneten werden häufig in der Elektronik, in Haushaltsgeräten und in der Industrie verwendet.

Die Stärke des magnetischen Feldes eines Permanentmagneten hängt von seinem Material und seiner Form ab. Es gibt verschiedene Arten von Permanentmagneten, wie zum Beispiel Ferritmagneten, Neodymmagneten und Alnico-Magneten.

Permanentmagnetarten

Ferritmagneten

Ferritmagneten sind eine Art von Permanentmagneten, die aus ferromagnetischen Materialien wie Eisenoxid hergestellt werden. Sie haben eine geringe magnetische Stärke im Vergleich zu anderen Arten von Permanentmagneten, sind aber billig und leicht herzustellen.

Ferritmagneten werden häufig in der Elektronikindustrie verwendet, zum Beispiel in Lautsprechern und in elektronischen Geräten wie Handys und Laptops. Sie sind auch in der Medizintechnik und in der Automobilindustrie verbreitet. Trotz ihrer geringeren magnetischen Stärke haben Ferritmagneten eine gute Witterungsbeständigkeit und sind resistent gegen hohe Temperaturen.

Neodymmagneten

Neodymmagneten sind eine Art von Permanentmagneten, die aus Neodym-Eisen-Bor hergestellt werden. Sie haben eine sehr hohe magnetische Stärke im Vergleich zu anderen Arten von Permanentmagneten und sind daher in vielen Anwendungen geeignet, in denen eine hohe magnetische Leistung erforderlich ist.

Neodymmagneten werden häufig in der Industrie, in der Medizintechnik und in der Elektronik verwendet. Sie sind auch in der Automobilindustrie und in der Luft- und Raumfahrt verbreitet. Obwohl Neodymmagneten sehr stark sind, sind sie auch teurer als andere Arten von Permanentmagneten und haben eine geringere Witterungsbeständigkeit. Sie sind auch anfälliger für Korrosion und müssen daher entsprechend geschützt werden.

Alnico-Magneten

Alnico-Magneten sind eine Art von Permanentmagneten, die aus einer Legierung von Aluminium, Nickel und Kobalt hergestellt werden. Sie haben eine sehr hohe magnetische Stärke und sind daher in vielen Anwendungen geeignet, in denen eine hohe magnetische Leistung erforderlich ist.

Alnico-Magneten werden häufig in der Elektronikindustrie, in der Medizintechnik und in der Luft- und Raumfahrt verwendet. Sie sind auch in der Automobilindustrie und in der Industrie verbreitet. Obwohl Alnico-Magneten sehr stark sind, sind sie auch teurer als andere Arten von Permanentmagneten und haben eine geringere Witterungsbeständigkeit. Sie sind auch anfälliger für Korrosion und müssen daher entsprechend geschützt werden.

Permanentmagnet Formen

Permanentmagneten können verschiedene Formen haben. Die Form hat sehr großen Einfluss auf die Feldlinen und somit die Form des Magnetfeldes und ihre Wirkung. Die häufigsten Arten sind:

1. Stabmagnet.
2. Hufeisenmagnet.
3. Scheibenmagnet.
4. Ringmagnet.
5. Blockmagnet.
6. Kugelmagnet.
7. Magnetnadel (Kompass)

Stabmagnet

Stabmagnete sind längliche Magnete, die in der Regel aus Hartferrit, Neodym-Eisen-Bor oder Alnico bestehen. Sie haben in der Regel zwei Pole, den Nordpol und den Südpol, und sind in der Lage, ferromagnetische Materialien anzuziehen oder abzustoßen.

Stabmagnete werden häufig in elektronischen Geräten, wie beispielsweise Lautsprechern und Kopfhörern, verwendet, aber auch in medizinischen Geräten, wie beispielsweise MRI-Maschinen. Sie haben auch viele industrielle Anwendungen, wie beispielsweise in der Fördertechnik und in der Metallverarbeitung.

Stabmagnete können leicht beschädigt werden, wenn sie zusammengeschlagen werden oder wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt werden, daher sind sie in der Regel in Schutzhüllen eingebettet.

Hufeisenmagneten

Hufeisenmagnete sind Magnete, die in der Form eines Hufeisens geformt sind. Sie bestehen in der Regel aus Hartferrit oder Neodym-Eisen-Bor und haben in der Regel zwei Pole, den Nordpol und den Südpol. Hufeisenmagnete werden häufig in Elektromotoren und Generatoren verwendet, da sie eine hohe magnetische Flussdichte haben und daher in der Lage sind, starke magnetische Felder zu erzeugen. Sie werden auch in der Elektronik, in der Metallverarbeitung und in der Medizintechnik verwendet. Hufeisenmagnete sind in der Regel langlebig und widerstandsfähig, aber sie können beschädigt werden, wenn sie hohen Temperaturen ausgesetzt werden oder wenn sie zusammengeschlagen werden.

Funktionsweise Kompass

Ein Kompass besteht aus einer Nadel, die sich immer in Richtung des magnetischen Nordpols bewegt. Der Kompass hat eine magnetisierte Nadel, die durch die Erde's magnetischen Feld angezogen wird. Da der magnetische Nordpol in ungefährer Übereinstimmung mit dem geographischen Nordpol liegt, kann der Kompass verwendet werden, um die Himmelsrichtungen zu bestimmen. Viele Kompasse haben auch eine Skala, die es ermöglicht, die Richtung in Grad zu messen.

Bonus

Welche Münzen sind Magnetisch?

Die echten 1- und 2 Euro münzen beitzen einen Ring, der Nickel enthält, was sie Magnetisch macht. Echte 10-, 20- und 50 cent münzen sind auch magnetisch.

Nicht magnetisch sind jedoch die 1-, 2-, und 5 cent Münzen, da sie größtenteils aus Kupfer bestehen.

Elektromagneten

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Der Elektromagnet ist ein magnetisches Gerät, das aus einem elektrischen Stromkreis und einem magnetischen Kern besteht. Wenn elektrischer Strom durch den Stromkreis fließt, wird ein magnetisches Feld um den Kern erzeugt. Dieses magnetische Feld hat eine Nord- und Südpole, die sich in der gleichen Weise verhalten wie bei einem permanenten Magneten.

Die Stärke des magnetischen Feldes hängt von der Stärke des elektrischen Stroms ab, der durch den Stromkreis fließt. Wenn der Strom erhöht wird, wird das magnetische Feld stärker, und umgekehrt. Die Stärke des magnetischen Feldes kann auch durch die Art des Kernmaterials und die Form des Kerns beeinflusst werden.

Elektromagnete finden in vielen Bereichen Anwendung, wie zum Beispiel in elektrischen Maschinen, in Lautsprechern und in der Kommunikationstechnik. Sie können auch verwendet werden, um magnetische Materialien zu erkennen und zu sortieren, wie zum Beispiel in Mülltrennungsanlagen.

Mehr über elektrische Kräfte findet ihr hier

Elektromagnetismus

Früher dachte man, es gäbe keinen Zusammenhang zwischen Magnetismus und Elektrizität. Erst der dänische Physiker Christian Orsted bewies den Zusammenhang mit einem simplen Experiment. Er legte einen Kompass auf den Tisch in, spannte einen Draht darüber, diesen setzte er unter Strom. Nun bewegte sich die Kompassnadel, bis sie im rechten Winkel zu dem Draht stand.

Das hatten zwar schon andere geschafft, doch nur er zog daraus die richtige Schlussfolgerung, denn der Strom erzeugte um den Draht herum ein Magnetfeld. Bei diesem Draht gibt es keine Pole, sondern die Feldlinien des Magnetfelds sind kreisrund. Das nennt sich Wirbelfeld.

Magnetfelder

Ein Magnetfeld ist ein Bereich um einen Magneten herum, in dem sich Magnetkräfte bemerkbar machen. Die Stärke des Magnetfeldes hängt von der Größe und Stärke des Magneten ab.

Der Unterschied zwischen magnetischen und elektrischen Feldern besteht darin, dass magnetische Felder von Magneten erzeugt werden, während elektrische Felder von elektrischen Ladungen werden. Die Stärke eines magnetischen Feldes hängt von der Größe und Stärke des Magneten ab, während die Stärke eines elektrischen Feldes von der Menge an elektrischer Ladung und der Entfernung zur Ladung abhängt. Magnetische Felder können auch von bewegten Ladungen erzeugt werden, während elektrische Felder nur von statischen Ladungen erzeugt werden können.

VFPt_cylindrical_magnet_thumb Copyright Geek3, CC BY-SA 3.0

Man kann Materialien auch magnetisieren, indem man sie einem oder mehreren Magnetfeldern aussetzt (das kann, je nach Beschaffenheit und Größe des Objektes und der Magneten lange dauern). Jedoch kann man diese mit einem Hammerschlag zerstören.

Feldlinien

Feldlinien sind Linien, die in einem elektrischen oder magnetischen Feld gezeichnet werden, um die Richtung und Stärke des Feldes anzuzeigen. In einem elektrischen Feld fließen die Feldlinien von positiv geladenen Teilchen zu negativ geladenen Teilchen. In einem magnetischen Feld fließen die Feldlinien von dem Nordpol zum Südpol.

Die Stärke eines elektrischen oder magnetischen Feldes kann an der Anzahl der Feldlinien in einem bestimmten Bereich gemessen werden. Je mehr Feldlinien in einem Bereich vorhanden sind, desto stärker ist das Feld. Die Richtung eines elektrischen oder magnetischen Feldes kann an der Orientierung der Feldlinien gemessen werden. Wenn die Feldlinien in einem elektrischen Feld von positiv geladenen Teilchen zu negativ geladenen Teilchen fließen, fließt das Feld von positiv zu negativ. Wenn die Feldlinien in einem magnetischen Feld von dem Nordpol zum Südpol fließen, fließt das Feld von Norden nach Süden.

Experiment

Benötigtes Material:

• Eine Spule aus Kupferdraht (z.B. eine Stromleitung aus einem alten Elektrogerät)
• Ein Neodym-Eisen-Bor-Magnet (NdFeB-Magnet) oder ein anderer starrer Magnet
• Ein Amperemeter oder ein Multimeter

Aufbau:

• Winde den Kupferdraht um den Magneten, so dass sich mehrere Schichten übereinanderlegen. Du kannst den Draht auch um den Magneten wickeln, um eine größere Spule zu erzeugen.
• Verbinde das Amperemeter oder das Multimeter mit den Enden der Spule, so dass es den elektrischen Strom messen kann, der durch die Spule fließt.

Vorhersage:

• Frage Dich, ob Du durch Bewegen des Magneten durch die Spule elektrischen Strom erzeugen kannst und wie groß der Strom sein wird.

Ergebnis:

• Wenn Du den Magneten durch die Spule bewegst, wird elektrischer Strom erzeugt, der durch das Amperemeter oder das Multimeter gemessen werden kann. Die Größe des Stroms hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie der Größe und der Anzahl der Windungen der Spule, der Stärke des Magneten und der Geschwindigkeit, mit der der Magnet bewegt wird.
• Du kannst verschiedene Variablen verändern, um zu untersuchen, wie sie die Stromstärke beeinflussen, und dein Verständnis von elektrischem Strom und Magnetismus vertiefen.

Experiment Feldlinien

Für ein sehr gutes Experiment zum Verständnis von Feldlinien Benötigt man folgendes:

• Eisenpulver
• Stabmagnet

Durchführung:

1. Man streut eine kleine Menge Eisenpulver auf eine Glatte Oberfläche.
2. Man hält den stabmagneten in die Nähe des Eisenpulvers.
3. Beobachte, wie sich das Eisenpulver an den Polen des Magneten orientiert und Muster bildet
   

Aufgaben

Welche Euro- und Centmünzen sind Magnetisch? (!1 und 2 cent) (1 und 2 €) (!5 cent) (10, 20 und 50 cent)

Wie viele Pole hat ein Stabmagnet? (!1) (2) (!3) (!4)

Wie viele pole hat ein Hufeisenmagnet? (!1) (2) (!3) (!4)

Wer entdecke den Zusammenhang zwischen Magnetismus und Elektrizität? (Christian Orsted) (!Hendrik Antoon Lorentz) (!Albert Einstein)

Wie entdeckte er ihn (2 Antworten) ? (Er zog den richtigen Schluss aus einem Experiment) (Er legte einen Kompass auf den Tisch in, spannte einen Draht darüber, diesen setzte er unter Strom) (!Er fragte Nikola Tesla um Rat) (!Er trank ein Bier mit Einstein und hatte eine idee)

Welche Permanentmagnetform gibt es nicht? (Kupferspule) (!Stabmagnet) (! Hufeisenmagnet) (!Kompass)