Physik Realschule Bayern › Elektrizitätslehre › Jahrgangsstufe 7
Magnete und Magnetfeld
Physik · Realschule · Jahrgangsstufe 7 · Bayern · Teilbereich Elektrizitätslehre
Der Lernbereich Magnetismus und Elektrizitätslehre der 7. Jahrgangsstufe beginnt laut LehrplanPLUS mit Magneten, dem Modell der Elementarmagnete und dem Magnetfeld. Feldlinienbilder werden in der 9. und 10. Jahrgangsstufe beim Elektromagnetismus, beim Elektromotor und bei der Induktion wieder gebraucht.
Magnete und ihre Pole
Magnete ziehen Gegenstände aus Eisen, Nickel und Kobalt an. Diese Stoffe und ihre Legierungen heißen ferromagnetisch. Aluminium, Kupfer, Holz, Glas oder Kunststoff werden nicht angezogen.
Jeder Magnet hat zwei Stellen mit besonders starker Wirkung, den Nordpol (meist rot) und den Südpol (meist grün). Dazwischen liegt eine Zone mit sehr schwacher Wirkung, die indifferente Zone. Es gibt keinen Magneten mit nur einem Pol.
Merke: Gleichnamige Pole stoßen sich ab, ungleichnamige Pole ziehen sich an.
Beispiel 1: Anziehung, Abstoßung oder nichts?
Für fünf Paare soll entschieden werden, was passiert.
| Paar | Wirkung |
| Nordpol und Südpol | Anziehung |
| Nordpol und Nordpol | Abstoßung |
| Nordpol und unmagnetisches Eisenstück | Anziehung |
| Südpol und unmagnetisches Eisenstück | Anziehung |
| Nordpol und Aluminiumfolie | keine Wirkung |
Antwort: Ein Eisenstück wird von jedem Pol angezogen. Nur zwischen zwei Magneten gibt es Abstoßung. Abstoßung ist deshalb der sichere Test, ob ein Gegenstand selbst ein Magnet ist.
Das Modell der Elementarmagnete
Man stellt sich vor, dass ferromagnetische Stoffe aus winzigen Elementarmagneten bestehen. In unmagnetisiertem Eisen liegen sie ungeordnet, ihre Wirkungen heben sich nach außen auf. Beim Magnetisieren, etwa durch Überstreichen mit einem Magneten, richten sie sich gleichsinnig aus. Durch Erhitzen oder starke Erschütterungen geraten sie wieder in Unordnung: Der Magnet wird schwächer oder verliert seine Wirkung.
Beispiel 2: Ein Stabmagnet zerbricht
Ein Stabmagnet bricht genau in der Mitte durch. Hat man jetzt einen einzelnen Nordpol und einen einzelnen Südpol?
Nach dem Modell der Elementarmagnete ist jeder Teil des Magneten in sich geordnet. An der Bruchstelle entstehen deshalb sofort neue Pole.
Antwort: Nein. Es entstehen zwei vollständige Magnete mit jeweils einem Nord- und einem Südpol. Man kann einen Magneten beliebig oft teilen und erhält immer wieder Magnete mit zwei Polen.
Magnetische Influenz
Bringt man ein Eisenstück in die Nähe eines Magneten, richten sich seine Elementarmagnete aus. Das Eisen wird dadurch selbst zum Magneten und kann weiteres Eisen anziehen. Diese Erscheinung heißt magnetische Influenz. Sie erklärt, warum ein Magnet Eisen überhaupt anzieht.
Beispiel 3: Eine Kette aus Büroklammern
An den Nordpol eines Magneten hängt man eine Büroklammer, an diese eine zweite, dritte und vierte. Warum hält die Kette? Was passiert, wenn man die oberste Klammer vorsichtig vom Magneten löst?
Antwort: Jede Klammer wird durch Influenz magnetisiert und zieht die nächste an. Löst man die oberste vom Magneten, fällt die Kette meist auseinander: Die Elementarmagnete der Klammern geraten wieder in Unordnung, weil Büroklammern aus weichmagnetischem Stahl bestehen. Hartmagnetischer Stahl würde dagegen magnetisch bleiben.
Magnetfeld und Feldlinien
Den Raum um einen Magneten, in dem magnetische Kräfte wirken, nennt man Magnetfeld. Sichtbar wird es mit Eisenfeilspänen oder kleinen Kompassnadeln. Man beschreibt es mit Feldlinien: Sie verlaufen außerhalb des Magneten vom Nordpol zum Südpol, schneiden sich nie und liegen dort dicht, wo das Feld stark ist. Eine Kompassnadel richtet sich immer entlang der Feldlinien aus; ihr Nordpol zeigt in Feldlinienrichtung.
Beispiel 4: Kompassnadeln um einen Stabmagneten
Um einen Stabmagneten werden sechs kleine Kompasse gestellt. Wohin zeigen ihre Nordpole?
Antwort: Jede Nadel stellt sich entlang der Feldlinie an ihrem Ort ein, ihr roter Nordpol zeigt in Feldlinienrichtung. Über und unter der Mitte des Magneten zeigt der Nordpol der Nadel deshalb in Richtung des Südpols des Stabmagneten, in Verlängerung des Magneten links und rechts zeigt er vom Nordpol weg bzw. zum Südpol hin.
Zwischen den Schenkeln eines Hufeisenmagneten verlaufen die Feldlinien nahezu parallel und gleich dicht. Ein solches Feld heißt homogen: Es ist überall gleich stark und gleich gerichtet.
Beispiel 5: Die Erde als Magnet
Warum zeigt der Nordpol einer Kompassnadel nach Norden?
Die Erde besitzt ein Magnetfeld, das dem eines Stabmagneten ähnelt. Der Nordpol der Kompassnadel wird vom magnetischen Südpol angezogen. Dieser liegt in der Nähe des geografischen Nordpols.
Antwort: Im geografischen Norden liegt ein magnetischer Südpol; deshalb zeigt der Nordpol der Nadel dorthin. Die Bezeichnung „Nordpol“ der Nadel bedeutet also: der nach Norden zeigende Pol.
Magnetfelder lassen sich durch ferromagnetische Stoffe abschirmen. Ein Eisenblech zwischen Magnet und Büroklammer führt die Feldlinien durch sich hindurch, sodass die Klammer kaum noch angezogen wird. Papier, Holz oder Aluminium schirmen nicht ab.
Typische Fehler und Prüfungstipps
- Alle Metalle sind magnetisch: Nur Eisen, Nickel, Kobalt und ihre Legierungen werden angezogen. Aluminium, Kupfer, Gold und Silber nicht.
- Anziehung als Beweis für einen Magneten: Auch unmagnetisches Eisen wird angezogen. Nur Abstoßung beweist, dass zwei Magnete vorliegen.
- Feldlinienrichtung vertauscht: Außerhalb des Magneten verlaufen Feldlinien vom Nord- zum Südpol.
- Feldlinien kreuzen sich: Feldlinien schneiden sich nie, weil das Feld an jedem Ort nur eine Richtung hat.
- Nordpol der Erde = magnetischer Nordpol: Im geografischen Norden liegt ein magnetischer Südpol.
Üben: Aufgaben zu Magneten und Magnetfeldern
Zum Vertiefen gibt es Verständnisfragen im Quiz, passend zum Thema.
Vorheriges Thema: Sammellinsen und Bildentstehung
Nächstes Thema: Stromkreis und Schaltpläne
Vertiefung Jahrgangsstufe 9: Magnetfeld von Leiter und Spule
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