Magnetismus und Magnetfelder einfach erklärt: Pole & Kräfte

Hast du schon einmal versucht, zwei Waggons einer Spielzeugeisenbahn aneinanderzukoppeln? Manchmal schnappen sie wie von Zauberhand zusammen, aber wenn du einen Waggon umdrehst, stoßen sie sich plötzlich ab und lassen sich einfach nicht zusammendrücken!

Diese unsichtbare Kraft nennt man Magnetismus. In diesem Artikel werden wir herausfinden, warum manche Dinge magnetisch sind, was im Inneren eines Magneten passiert und warum unsere ganze Erde eigentlich ein riesiger Magnet ist.

Schnellantwort

Magnetismus ist eine unsichtbare Kraft, die bestimmte Materialien (wie Eisen) anzieht oder abstößt. Jeder Magnet hat einen Nord- und einen Südpol. Ungleichnamige Pole ziehen sich an, gleichnamige stoßen sich ab.

Vorwissen

• Metalle: Es gibt viele verschiedene Arten von Metallen in unserem Alltag. Beispiel: Eine Getränkedose besteht oft aus Aluminium, während ein Nagel meistens aus Eisen besteht.
• Kräfte: Eine Kraft kann Dinge bewegen, ohne dass man sie mit den Händen greifen muss. Beispiel: Wenn du einen Ball fallen lässt, zieht die Schwerkraft ihn nach unten.

Aufgabentyp 1: Magnetische Stoffe und Pole

Nicht jedes Metall wird von einem Magneten angezogen. Ein Magnet zieht nur ganz bestimmte Stoffe an. Das bekannteste magnetische Material ist Eisen. Man nennt solche Stoffe „ferromagnetisch“. Andere Metalle wie Aluminium oder Kupfer reagieren überhaupt nicht auf Magnete.

Jeder Magnet hat zwei Enden, an denen seine Kraft am stärksten ist. Diese Enden nennt man Pole: den Nordpol und den Südpol. Wenn du zwei Magnete zusammenbringst, gibt es eine feste Regel:

• Ungleichnamige Pole ziehen sich an: Ein Nordpol und ein Südpol wollen unbedingt zusammenkleben.
• Gleichnamige Pole stoßen sich ab: Zwei Nordpole (oder zwei Südpole) drücken sich gegenseitig weg.

Das ist genau der Grund, warum die Waggons der Spielzeugeisenbahn sich manchmal anziehen und manchmal abstoßen, je nachdem, welche Pole sich gerade gegenüberstehen.

Durchgerechnete Beispiele

Beispiel 1

Aufgabe

Die Material-Prüfung. Zweck: Wir finden heraus, welche Alltagsgegenstände magnetisch sind. Materialien: Ein starker Magnet, ein Eisennagel, ein Stück Aluminiumfolie, ein Plastikbaustein.

Lösung Schritt für Schritt

Fortschritt

2 / 2

1. 1
   Schritt 1
   Durchführung
   1. Lege den Eisennagel, die Aluminiumfolie und den Plastikbaustein auf einen Tisch.
   2. Führe den Magneten langsam an jeden der drei Gegenstände heran.
2. 2
   Schritt 2 · Ergebnis
   Beobachtung

   Der Eisennagel springt an den Magneten und bleibt dort haften. Die Aluminiumfolie und der Plastikbaustein bewegen sich überhaupt nicht.

Ergebnis:

Nur der Eisennagel besteht aus einem ferromagnetischen Material. Aluminium ist zwar auch ein Metall, aber es ist nicht magnetisch.

Aufgabentyp 2: Das Geheimnis im Inneren: Elementarmagnete

Warum ist ein Stück Eisen manchmal ein Magnet und manchmal nicht? Physiker stellen sich vor, dass im Inneren von Eisen unzählige winzig kleine Magnete stecken. Man nennt sie Elementarmagnete.

In einem normalen Stück Eisen liegen diese winzigen Magnete völlig durcheinander. Sie zeigen in alle möglichen Richtungen. Dadurch heben sich ihre Kräfte gegenseitig auf, und das Eisenstück ist nach außen hin nicht magnetisch.

Wenn du aber mit einem starken Magneten immer in die gleiche Richtung über das Eisen streichst, zwingst du die Elementarmagnete, sich ordentlich in eine Reihe zu stellen. Wenn alle winzigen Magnete in dieselbe Richtung zeigen, bündeln sich ihre Kräfte. Das Eisenstück ist nun selbst zu einem Magneten geworden!

Wenn die Elementarmagnete wieder durcheinandergeraten (zum Beispiel, wenn der Magnet stark erschüttert wird), verliert das Eisen seine magnetische Kraft wieder. Es wird entmagnetisiert.

Dieses Modell erklärt auch ein spannendes Rätsel: Was passiert, wenn man einen Magneten in der Mitte durchbricht? Man bekommt nicht etwa einen einzelnen Nordpol und einen einzelnen Südpol. Weil die winzigen Elementarmagnete im Inneren immer noch da sind und alle in eine Richtung zeigen, entstehen an der Bruchstelle sofort neue Pole. Du hast dann einfach zwei kleinere, vollständige Magnete!

Aufgabentyp 3: Unsichtbare Kräfte: Magnetfelder und die Erde

Ein Magnet muss einen Eisennagel nicht berühren, um ihn anzuziehen. Die Kraft wirkt auch durch die Luft. Den unsichtbaren Bereich rund um einen Magneten, in dem seine Kraft wirkt, nennt man das Magnetfeld. Man kann sich dieses Feld wie unsichtbare Linien (Feldlinien) vorstellen, die vom Nordpol zum Südpol verlaufen.

Unsere ganze Erde ist eigentlich ein riesiger Magnet! Sie hat ein eigenes, gigantisches Magnetfeld. Deshalb funktioniert ein Kompass. Die Nadel in einem Kompass ist selbst ein winziger Magnet, der sich immer entlang der unsichtbaren Feldlinien der Erde ausrichtet.

Aber Achtung: Der magnetische Pol der Erde liegt nicht exakt an der gleichen Stelle wie der geografische Nordpol (der Punkt ganz oben auf der Weltkugel). Der magnetische Pol ist ein wenig verschoben und liegt in der Nähe von Nordkanada. Ein Kompass zeigt also immer zum magnetischen Pol und nicht exakt zum geografischen Nordpol!

Durchgerechnete Beispiele

Beispiel 1

Aufgabe

Magnetfelder sichtbar machen. Zweck: Wir machen das unsichtbare Magnetfeld eines Magneten für unsere Augen sichtbar. Materialien: Ein Stabmagnet, ein Blatt Papier, feine Eisenfeilspäne (winzige Eisenkrümel).

Lösung Schritt für Schritt

Fortschritt

2 / 2

1. 1
   Schritt 1
   Durchführung
   1. Lege den Stabmagneten flach auf den Tisch.
   2. Lege das Blatt Papier direkt über den Magneten.
   3. Streue die Eisenfeilspäne vorsichtig und gleichmäßig auf das Papier.
   4. Klopfe ganz leicht mit dem Finger auf das Papier.
2. 2
   Schritt 2 · Ergebnis
   Beobachtung

   Die Eisenfeilspäne ordnen sich wie von Geisterhand in gebogenen Linien an. Diese Linien verlaufen vom einen Ende des Magneten zum anderen. An den Enden (den Polen) sammeln sich die meisten Späne.

Ergebnis:

Jeder winzige Eisenspan wird durch das Magnetfeld selbst zu einem winzigen Kompass. Die Späne drehen sich und legen sich genau entlang der unsichtbaren magnetischen Feldlinien.

Wichtige Erkenntnisse

• Nur bestimmte Stoffe wie Eisen sind magnetisch (ferromagnetisch).
• Ein Magnet hat einen Nordpol und einen Südpol.
• Die Grundregel: Ungleichnamige Pole ziehen sich an, gleichnamige Pole stoßen sich ab.
• Im Inneren von Eisen gibt es winzige Elementarmagnete. Sind sie alle in eine Richtung geordnet, ist das Eisenstück ein Magnet.
• Das Magnetfeld ist der unsichtbare Bereich um einen Magneten, in dem seine Kraft wirkt.
• Die Erde ist ein riesiger Magnet. Eine Kompassnadel zeigt zum magnetischen Pol der Erde, der leicht verschoben zum geografischen Nordpol liegt.