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Permanentmagnetismus einfach erklärt
Ein Permanentmagnet bleibt ohne elektrischen Strom magnetisch. Er besitzt immer einen Nordpol und einen Südpol, wirkt durch sein Magnetfeld und kann ferromagnetische Stoffe wie Eisen, Nickel und Kobalt anziehen.
Hake ab, was du schon kannst — und komm am Ende hierher zurück!
Woran erkennst du die Pole eines Magneten?
Taucht man einen Stabmagneten in Eisennägel, bleiben an seinen Enden besonders viele Nägel hängen. Diese Bereiche mit der stärksten Anziehung heißen magnetische Pole.
Magnetpole
Jeder Permanentmagnet besitzt einen Nordpol und einen Südpol. Die Pole sind keine positiven oder negativen elektrischen Ladungen.
Rot und Grün werden häufig zur Kennzeichnung der Pole verwendet. Die Farbe allein definiert aber nicht, welcher Pol vorliegt.
Für zwei einander angenäherte Pole gilt:
- Nordpol und Nordpol stoßen sich ab.
- Südpol und Südpol stoßen sich ab.
- Nordpol und Südpol ziehen sich an.
Gleichartige Pole stoßen sich ab. Ungleichartige Pole ziehen sich an. Mit wachsendem Abstand wird die beobachtbare Kraftwirkung schwächer.
Ein frei drehbarer Stabmagnet zeigt mit seinem Nordpol nach rechts. Du näherst von rechts den Nordpol eines zweiten Magneten.
Die beiden Nordpole sind gleichartig. Der bewegliche Nordpol dreht sich deshalb vom zweiten Magneten weg. Würdest du stattdessen dessen Südpol annähern, würde er sich zu ihm hindrehen.
Welche Stoffe reagieren auf Permanentmagnete?
Permanentmagnete ziehen nicht jeden Stoff an. Besonders stark magnetisierbare Stoffe heißen ferromagnetisch. Dazu gehören Eisen, Nickel und Kobalt. Auch Stahl kann wegen seines Eisenanteils magnetisch reagieren.
Ein ferromagnetischer Gegenstand ist nicht automatisch schon ein Permanentmagnet. Ein gewöhnlicher Eisenstab kann zunächst nach außen unmagnetisch erscheinen und trotzdem von beiden Polen eines Magneten angezogen werden.
Magnetische Influenz
Näherst du einen Magneten einem zuvor unmagnetischen Eisenstück, ordnen sich innere magnetische Bereiche. Das Eisenstück wird dadurch selbst magnetisch. Dieser Vorgang heißt magnetische Influenz.
Magnetische Anziehung und elektrische Leitung sind verschiedene Eigenschaften. Ein Gegenstand kann elektrischen Strom leiten, ohne ferromagnetisch zu sein. Aus der Leitfähigkeit darfst du daher nicht auf magnetische Anziehung schließen.
Du näherst denselben Magnetpol nacheinander einer Büroklammer aus Stahl und einem Gegenstand aus Kunststoff. Die Büroklammer wird angezogen, weil ihr Material ferromagnetisch ist. Beim Kunststoff ist diese Wirkung nicht zu erwarten.
Wie stellst du ein unsichtbares Magnetfeld dar?
Ein Magnet kann auf andere Magnete wirken, ohne sie zu berühren. Seinen Wirkungsbereich nennt man Magnetfeld. Kleine Kompassnadeln oder Eisenspäne können zeigen, wie dieses Feld räumlich ausgerichtet ist.
Feldlinie
Eine Feldlinie ist eine gedachte Linie zur Darstellung eines Magnetfeldes. Feldlinien sind keine materiellen Fäden.
Für das Feldlinienbild eines Stabmagneten gelten diese Regeln:
- Außerhalb des Magneten verlaufen die Feldlinien vom Nordpol zum Südpol.
- Im Inneren führen sie vom Südpol zurück zum Nordpol. Dadurch bilden sie geschlossene Linien.
- Feldlinien schneiden sich nicht.
- An den Polen zeigt sich eine besonders starke magnetische Wirkung.
Beim Zeichnen beginnst du eine äußere Feldlinie am Nordpol. Du führst sie in einem Bogen zum Südpol und setzt sie im Inneren zurück zum Nordpol fort. Weitere Feldlinien verlaufen ähnlich, ohne sich zu kreuzen.
Auch die Erde besitzt ein Magnetfeld. Eine Kompassnadel ist selbst ein kleiner Magnet. Ihr Nordpol richtet sich ungefähr zum geografischen Norden aus. In der vereinfachten schulischen Betrachtung liegt dort ein magnetischer Südpol der Erde, denn ungleichartige Pole ziehen sich an.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Außerhalb eines Stabmagneten verlaufen Feldlinien vom zum . Feldlinien sind und schneiden sich nicht.
Warum bleibt ein Magnet magnetisch?
Das Elementarmagnetmodell stellt sich einen ferromagnetischen Stoff als Ansammlung sehr kleiner Magnete mit je einem Nord- und Südpol vor. Sind viele dieser inneren Magnete ähnlich ausgerichtet, zeigt der Körper nach außen eine deutliche magnetische Wirkung.
In einer genaueren Beschreibung heißen gleichgerichtete Bereiche Domänen oder Weiss-Bezirke. In einem nach außen unmagnetischen Eisenstück können sich ihre Wirkungen gegenseitig ausgleichen. Ein äußeres Magnetfeld kann viele Bereiche ausrichten und das Material magnetisieren.
Das Elementarmagnetmodell ist ein Erklärungsmodell. Die vertiefte physikalische Beschreibung führt die magnetischen Eigenschaften auf atomare magnetische Momente, ihre Wechselwirkungen und die Bildung von Domänen zurück.
Erschütterung oder Erhitzen kann die Ordnung der inneren magnetischen Bereiche stören. Dadurch kann ein Magnet schwächer werden oder seine Magnetisierung verlieren.
Was geschieht beim Teilen?
Zerbrichst du einen Stabmagneten, erhältst du keinen einzelnen Nord- oder Südpol. Jedes Bruchstück besitzt wieder beide Pole.
Ein Stabmagnet wird in der Mitte geteilt. An der Bruchstelle entstehen bei jedem Teilstück neue Polbereiche. Aus einem Magneten werden zwei kleinere Magnete, jeweils mit Nord- und Südpol.
Wie untersuchst du magnetische Wirkungen?
Für einen fairen Materialtest veränderst du nur den geprüften Gegenstand. Magnetpol, Abstand und Ausgangslage bleiben gleich.
- Lege mehrere Gegenstände einzeln bereit.
- Nähere jeweils denselben Pol desselben Magneten aus derselben Entfernung.
- Beobachte, ob der Gegenstand angezogen wird.
- Notiere Material und Beobachtung getrennt.
- Wiederhole den Test, um zufällige Bewegungen auszuschließen.
Eine passende Ergebnistabelle hat zum Beispiel die Spalten Gegenstand, Material, angezogen und nicht angezogen. Erst die Materialangabe erlaubt eine fachliche Auswertung.
Magnet oder Metallstab?
Du hast einen Stabmagneten und einen gleich geformten ferromagnetischen Metallstab, aber keine weiteren Hilfsmittel.
Bringe die Stäbe T-förmig zusammen: Das Ende des einen Stabs berührt die Mitte des anderen.
Ist die Anziehung stark, liegt wahrscheinlich das Polende des senkrechten Magneten an der Mitte des Metallstabs. Ist die Anziehung nur gering, ist wahrscheinlich der waagerechte Stab der Magnet, denn seine äußere Polwirkung ist in der Mitte deutlich schwächer als an seinen Enden.
Wiederhole den Vergleich mit vertauschten Stäben. So stützt du deine Entscheidung durch eine zweite Beobachtung.
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Permanentmagnetismus
- Pole: Nordpol und Südpol
- Polkräfte: Anziehung oder Abstoßung
- Magnetfeld: Darstellung durch geschlossene Feldlinien
- Ferromagnetische Stoffe: Eisen, Nickel und Kobalt
- Magnetisierung: Ausrichtung innerer magnetischer Bereiche
- Teilung: neue Magnete mit jeweils zwei Polen
Abschluss-Check
Du hast das Lernziel erreicht, wenn du bei einer unbekannten Situation zuerst die beteiligten Materialien und Pole bestimmst, dann die Kraftwirkung vorhersagst und deine Entscheidung mit Magnetfeld oder innerer Magnetisierung begründest.