Magnetismus
Magnetismus
Magnetismus
Kommt aus dem Griechischen und bedeutet Zustandsänderung eines Stoffs, auf den ein Magnetfeld einwirkt. Nach ihrem Verhalten unterscheidet man zwischen diamagnetischen., ferromagnetischen und paramagnetischen Stoffen.
Ferromagnetische Stoffe Eisen, Cobalt und Nickel. Sie stärken das Feld erheblich. Bei ihnen ist die magnetische Polarisation nicht proportional der Feldstärke.
Bei großer Feldstärke strebt sie einem Maximalwert zu.
Paramagnetische Stoffe Platin, Aluminium, Luft.Sie stärken das Feld sehr gering.
Diamagnetische Stoffe Silber, Kupfer, Bismut. Sie schwächen das Feld sehr gering.
Geschichte der Magnete
Die natürlichen Magneteisensteine entstehen in Skandinavien und im Ural.
Sie bestehen aus Eisenoxid. Diese Magneteisensteine sind nur schwach magnetisch. Wahrscheinlich wurden sie nach der Stadt Magnesia in Thessalien benannt. Schon im alten Ägypten waren magnetische Kräfte bekannt. Im 19. Jahrhundert verband man jedoch Zauberei und Magie mit den magnetischen Kräften Man glaubte Magnete könnten Soldaten, die von Schwertern aus Eisen verwundet wurden, heilen.
In China war die Richtkraft der Kompassnadel schon im 1. Jahrhundert bekannt. In Europa wurde dieses erst um 1200 entdeckt. Mit der Kompassnadel wagten sich Seefahrer wie Christopher Kolumbuss auf die hohe See. Als erster konnte der Engländer Newton zwischen der Anziehungskraft eines Magneten und der von der Erde ausgeübten Schwerkraft, die auf alle Körper einwirkt, unterscheiden (um 1700).
Pole und Feldlinien
Jeder Magnet hat zwei Pole einen Nord- und einen Südpol.
Ein Pol kommt niemals allein vor. Zwischen den Polen zweier Magneten bestehen Kraftwirkungen. Gleichartige Pole stoßen sich ab, ungleiche Pole ziehen sich an. Magnetisches Feld = der Raum, in dem ein Magnet Kraftwirkungen ausübt. Es entstehen magnetische Feldlinien, die die Richtung der wirkenden Kraft anzeigen. In der Richtung der Feldlinien herrscht "Zug", quer zu ihnen "Druck".
Verlaufen die Feldlinien parallel, so ist das Feld homogen. Eine Feldlinie eines Magneten ist eine geschlossene Linie. Feldlinien geben die Richtung der Kraft an, die ein Nordpol erfährt, den man ins Feld bringt. Südpole erfahren Kräfte gegen die durch Pfeile gekennzeichnete Feldlinienrichtung. Die Feldlinien zeigen vom Magneten weg. Am Südpol kehren sie wieder zu ihm zurück.
Das Feld ist in der Nähe der Pole eines Stabmagneten am stärksten. Feldlinien laufen zwischen ihren Polen weitgehend parallel und gerade. Diesen Bereich nennt man homogen.
Bringt man stoffliche Materie (nicht magnetische Stoffe) in ein magnetisches Feld, so ändert sich die magnetische Induktion. Unter der Kraftwirkung des Feldes orientieren sich die im Stoff vorhandenen Dipole in der Feldrichtung und erhöhen so die magnetische Induktion. Dipole bestehen immer aus einem Nord- und Südpol.
Monopole gibt es nicht (sogar Atome sind zwei polig). Hypothese: Ferromagnetische Stoffe enthalten Elementarmagneten in Form von Dipolen.
Wie ist ein Elementarmagnet aufgebaut?
Alle Nordpole vom Dipol zeigen nach links. Am linken Ende liegen sie frei. Rechts entsteht durch freiliegende Südpole der starke Südpol. In der Mitte des Magneten liegen benachbarte Nord- und Südpole nahe beieinander.
In der Mitte ist der Magnet sehr schwach, da sich die Pole nach innen hin abschwächen. Zerbricht man den Magneten, so hat man wieder einen Magneten mit Nord- und Südpol.
Man kann sich selbst einen "Magneten" herstellen, indem man mit einem Magneten über ein leitendes Metall, immer in die gleiche Richtung, streicht. Dabei richten sich die Elementarmagnete in dem Metall aus. Ein Magnet zieht Eisenkörper erst dann an, wenn er dessen Elementarmagneten ausgerichtet hat. Von dem so magnetischen Eisenstück wird auch der Magnet angezogen.
Magnetische Felder
Magnetische Felder üben auf Ladungsträger Kräfte aus, wenn sich diese relativ zum Feld bewegen. Dabei ist es gleichgültig, ob sich diese frei im Raum oder als elektrischer Strom durch einen Leiter fließt. Die Richtung der Kraft ist rechtwinklig zur Bewegung und zum Feld. Sie wird als "Lorenz Kraft" bezeichnet. Das magnetische Feld ist der Wirkungsbereich eines Magneten; dort wirkt er auf ferromagnetische Körper. Magnetfelder gibt es auch im Vakuum.
Die Magnetnadel
Eine freie bewegliche Magnetnadel stellt sich unter der Wirkung des magnetischen Erdfeldes in Richtung der Feldlinien ein. Diese Richtung weicht von der Horizontalen und von der Nord-Süd-Richtung ab.
Geographische Lage der Pole
Der magnetische Südpol der Erde liegt in der Nähe des geographischen Nordpols. Auf der Karte genau bei 74° nördlicher Breite und 100° westlicher Länge. Der magnetische Nordpol liegt in der Nähe des geographischen Südpols. Auf der Karte genau bei 72° südlicher Breite und 155° östlicher Länge.
Zu beachten ist, dass die magnetischen Pole langsam wandern. Die hier genannten Werte beziehen sich auf Messungen in den 70er Jahren.
Worterklärung: Deklination (= Missweisung):Darunter versteht man die Abweichung einer Magnetnadel von der geographischen Nord-Süd-Richtung, unter ihrer Abweichung von der Horizontalen. Induktion: Voraussetzung ist immer eine zeitliche Änderung des magnetischen Flusses, die durch Veränderung des Magnetfeldes oder Bewegung des Leiters im Feld erzielt werden kann. Homogen: Dichte an allen Stellen gleich.
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