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Elektromagnet für die Grundschule einfach erklärt
Ein Elektromagnet entsteht, wenn elektrischer Strom durch eine Drahtspule fließt. Ein Eisenkern in der Spule verstärkt die magnetische Wirkung. Wird der Strom ausgeschaltet, verschwindet diese Wirkung nahezu wieder.
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Wie kann elektrischer Strom magnetisch wirken?
Fließt Strom durch einen Draht, entsteht um den Draht ein Magnetfeld. Ein Magnetfeld ist der Bereich, in dem eine magnetische Kraft wirken kann.
Bei einem einzelnen geraden Draht ist diese Wirkung meist schwach. Das zeigte Hans Christian Ørsted im Jahr 1820: Eine Magnetnadel neben einem stromdurchflossenen Draht wurde abgelenkt. Damit war nachgewiesen, dass elektrischer Strom eine magnetische Wirkung besitzt.
Eine Magnetnadel liegt zunächst ruhig. Wird in ihrer Nähe ein Draht von starkem Strom durchflossen, dreht sie sich etwas. Die Nadel reagiert auf das Magnetfeld des Stroms. Ohne Strom fehlt dieses zusätzliche Magnetfeld.
Warum macht eine Spule die Wirkung stärker?
Eine Spule ist ein Draht, der in vielen Schleifen gewickelt wurde. Jede Schleife erzeugt bei Stromfluss ein Magnetfeld. Die Felder der Windungen überlagern sich und bilden gemeinsam ein stärkeres Feld, besonders im Inneren der Spule.
Windung
Eine Windung ist eine vollständige Drahtschleife einer Spule. Viele Windungen tragen gemeinsam zum Magnetfeld bei.
Je mehr Windungen eine Spule bei sonst gleichen Bedingungen besitzt, desto stärker kann ihre magnetische Wirkung werden. Auch eine größere Stromstärke kann das Feld verstärken.
Gerader Draht: schwache magnetische Wirkung. Viele Windungen: Die Einzelfelder verbinden sich zu einem stärkeren Spulenfeld.
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Ein gerader Draht erzeugt bei Stromfluss ein . Wird der Draht zu vielen gewickelt, überlagern sich die Einzelfelder. So entsteht eine mit stärkerer magnetischer Wirkung.
Weshalb verstärkt ein Eisenkern den Elektromagneten?
Eine Spule kann auch ohne Kern magnetisch wirken. Für das Anheben von Gegenständen ist eine kleine solche Luftspule jedoch oft zu schwach. Ein Eisenkern, zum Beispiel ein Eisennagel, verstärkt ihr Feld deutlich.
Ferromagnetischer Stoff
Ein ferromagnetischer Stoff lässt sich stark magnetisieren. Dazu gehören Eisen, Nickel und Kobalt. Viele andere Stoffe besitzen diese Eigenschaft nicht.
In einem einfachen Modell besteht Eisen aus vielen kleinen magnetischen Bereichen. Ohne äußeres Magnetfeld sind sie unterschiedlich ausgerichtet. Ihre Wirkungen gleichen sich nach außen weitgehend aus.
Das Feld einer stromdurchflossenen Spule richtet viele dieser Bereiche ähnlich aus. Dadurch wird der Eisenkern magnetisch und verstärkt das Feld der Spule.
Ein Eisennagel allein hebt keine Büroklammer an. Wird er von einer stromdurchflossenen Drahtspule umgeben, richten sich viele magnetische Bereiche im Nagel aus. Nun kann der Elektromagnet Büroklammern anziehen.
Nicht jedes Metall wird von einem Elektromagneten angezogen. Kupfer kann elektrischen Strom leiten, gehört aber nicht zu den hier genannten ferromagnetischen Stoffen. Elektrisch leitfähig und magnetisch anziehbar bedeuten also nicht dasselbe.
Wie lässt sich ein Elektromagnet steuern?
Die magnetische Wirkung hängt vom Stromfluss ab:
- Strom an: Die Spule erzeugt ein Magnetfeld, und der Eisenkern verstärkt es.
- Strom aus: Das Spulenfeld verschwindet, und die magnetische Wirkung des Kerns lässt nahezu vollständig nach.
Das unterscheidet den Elektromagneten von einem Dauermagneten: Seine Wirkung lässt sich gezielt ein- und ausschalten.
Auf einem Schrottplatz hebt ein großer Elektromagnet Gegenstände aus Eisen an. Während Strom durch seine Spule fließt, hält er die Last fest. Am Ziel wird der Strom ausgeschaltet. Die magnetische Wirkung lässt nach, und die Last kann abgelegt werden.
Auch Relais, Klingeln, Lautsprecher, Generatoren und Elektromotoren nutzen Elektromagnete. Dabei erfüllt die magnetische Wirkung jeweils eine andere technische Aufgabe.
Karteikasten
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Alles auf einen Blick
- Elektromagnet
- Strom erzeugt ein Magnetfeld
- Ein gerader Leiter wirkt nur schwach
- Viele Windungen bilden ein stärkeres Spulenfeld
- Eisenkern verstärkt die Wirkung
- Magnetische Bereiche richten sich aus
- Ferromagnetische Stoffe werden angezogen
- Strom steuert die Wirkung
- Strom an: magnetisch
- Strom aus: Wirkung nahezu verschwunden
- Anwendungen
- Lasthebemagnet
- Klingel, Relais und Lautsprecher
- Strom erzeugt ein Magnetfeld