Lernzirkel: Schwere, Elektrische und Magnetische Wechselwirkung (Gravitation, Elektrostatik, Magnetostatik): Unterschied zwischen den Versionen

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Führen Sie die verschiedenen Experimente durch und notieren Sie Ihre Beobachtungen.
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__NOTOC__
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==Ziel des Lernzirkels==
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Dieser Lernzirkel soll Ihnen die Gelegenheit geben die wichtigsten Eigenschaften der Gravitation, der elektrischen und magnetischen Wechselwirkung aus der Mittelstufe noch einmal zu wiederholen.  
  
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Suchen Sie aus den untenstehenden Aussagen solche, die sie mit dem Versuchsergebnis im Einklang stehen oder die Sie widerlegen können.
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Führen Sie die verschiedenen Experimente durch und machen Sie sich mit Hilfe [[Schwere,_Elektrische_und_Magnetische_Wechselwirkung_(Gravitation,_Elektrostatik,_Magnetostatik)#Eigenschaften_von_schwerer.2C_elektrischer_und_magnetischer_Wechselwirkung|dieser Übersicht]] und den bei den Versuchen liegenden Hinweisen klar wie man die Beobachtungen mit Hilfe von verschiedenen Modellen erklären kann.
  
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Überlegen Sie sich für Aussagen, für die Sie kein passendes Experiment finden, selbst eines mit de man die Aussage begründen oder widerlegen kann.
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==1) ''Ladungen'' - verschiedene Eigenschaften von Gegenständen==
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'''Material''': Laptop mit LAN, Physikbuch, zwei Stabmagnete, eine Schnur
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;Schwere Ladung
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*Welche der Aussagen beschreibt die Gravitation am besten? ([http://www.youtube.com/watch?v=mezkHBPLZ4A Video: Was ist Gravitation? Eine Umfrage von "veritaserum".])
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:1) "Gravitation ist die Kraft, die uns und andere Gegenstände nach unten zur Erde zieht."
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:2) "Gravitation bewirkt die Anziehung von kleinen Objekten zu großen Objekten." (Ein Ball wird von der Erde angezogen, die Erde wird von der Sonne angezogen.)
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:3) "Gravitation ist Massenanziehung. Zwei Gegenstände, die Masse haben, werden zueinander hingezogen."
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*Wie funktioniert eine Gravitationsdrehwaage? Schaut in das Physikbuch.
  
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Erstellen Sie aus den korrekten Aussagen eine Mindmap zum Thema "Wechselwirkung". Dazu ist es sinnvoll die Aussagen in Gruppen mit jeweiligen Überschriften einzuteilen.
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;Magnetische Ladung
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*Nähere das eine Ende eines Magneten verschiedenen Stellen des anderen Magneten.
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:Welche Wirkungen treten auf? In welchen Fällen ist die Wirkung besonders stark?
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*Hänge einen Magneten drehbar an einer Schnur auf.
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:An welcher Stelle befindet sich die Nordpolladung und wo die Südpolladung?
  
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===Aussagen===
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;Elektrische Ladung
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====messbare Ursache der Wirkung====
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*Warum gibt es keine Gegenstände, die dauerhaft elektrisch geladen sind?
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*Es gibt 5 verschiedene Wechselwirkungen zwischen Gegenständen<ref>Meistens wird die elektro-magnetische WW nur als eine WW gezählt, dann sind es 4 WW. Die starke WW ist unter anderem dafür verantwortlich, dass die Atomkerne zusammenhalten. Die schwache WW ist beim radioaktiven Zerfall von Bedeutung.</ref>: schwere WW (Gravitation), elektrische WW, magnetische WW, starke WW, schwache WW.
+
  
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==2) Summe und Differenz von Ladungen==
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'''Material''': zwei Stabmagnete, eine Schachtel mit Eisennägeln, Wimshurstmaschine, Elektroskop mit Faraday-Becher, Ladungslöffel
 +
;Magnete wirken zusammen
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*Haltet zunächst nur einen Nordpol in die Nägel.
 +
:Wieviele Nägel kann man mit einem Nordpol anheben?
 +
*Macht aus zwei Magneten einen, indem ihr sie so zusammenhaltet, dass die beiden Nordpole und die beiden Südpole aufeinanderliegen.
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:Wieviele Nägel können zwei Nordpole anheben?
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*Macht aus zwei Magneten einen, indem ihr sie so aufeinanderlegt, dass jeweils die Nord- und Südpole zusammenliegen.
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:Wieviele Nägel kann ein gemischter Nord- / Südpol anheben?
 +
*Was folgt aus euren Beobachtungen?
  
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;Elektrische Ladungen löffeln
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*Mit der Wimshurst-Maschine kann man elektrische Ladungen trennen. Dreht man die Kurbel im Uhrzeigersinn, so fließen Elektronen von einer Seite auf die andere. Die entstehenden Pole sind mit + und - markiert. Auf einem Elektroskop befindet sich ein "Faraday-Becher". Die kleine Metallkugel mit dem Kunststoffgriff nennt man "Ladungslöffel".
 +
:Nehmt den Ladungslöffel und berührt damit den -Pol und danach die Innenseite des Faraday-Bechers. Wiederholt dies noch zweimal.
 +
:Berührt dann den +Pol und die Innenseite des Bechers. Wiederholt dies ebenso.
  
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*Jede Wechselwirkung wird von einer meßbaren physikalischen Größe hervorgerufen:  
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;Gravitation auf anderen Planeten
−
**schwere Masse ("schwere Ladung") (m in kg)
+
*Die Gravitation ist nicht überall gleich. Der Ortsfaktor gibt an, wie stark die Anziehungskraft an dieser Stelle ist.
−
**elektrische Ladung (Q in C)
+
:Warum ist die Gravitation an den verschiedenen Orten denn so unterschiedlich?
−
**magnetische Ladung (Q<sub>m</sub> in Wb)
+
:{|
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**schwache Ladung
+
!Himmelskörper
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**Farbladung (rot, grün, blau)
+
! Ortsfaktor in N/kg
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| Merkur
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| 3,70
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|-
 +
| Venus
 +
| 8,87
 +
|-
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| Erde
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|9,798
 +
|-
 +
| Mond
 +
| 1,62
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|-
 +
| Mars
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| 3,71
 +
|-
 +
| Jupiter
 +
| 24,79
 +
|-
 +
| Saturn
 +
| 10,44
 +
|-
 +
| Uranus
 +
| 8,87
 +
|-
 +
| Neptun
 +
| 11,15
 +
|-
 +
|}
  
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==3) Großer oder kleiner Abstand==
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'''Material''': Ein schwebender Magnet, ein elektrischer "Zauberstab" mit Folie
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;Schwebender Magnet [[Datei:Schwebender Magnet.jpg|thumb|100px]]
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*Ein Magnet schwebt über einem anderen Magneten. Wenn man oben draufdrückt, dann nähern sich die Magnete weiter an. Läßt man los, so bewegt sich der obere Magnet wieder weg und kommt in einer größeren Entfernung wieder zur Ruhe.
 +
:Wie kann man das erklären? (Tipp: Welche Kräfte wirken, wie hängt das mit dem Abstand zusammen?)
 +
;elektrischer Zauberstab
 +
*Lege die metallbedampfte Folie auf den "Zauberstab" und schalte ihn ein. Versuche die Folie in der Schwebe zu halten.
 +
:Vergleiche den Versuch mit den beiden Magneten.
 +
;Leichtigkeit auf dem Mount Everest
 +
*Am Meer werde ich mit 800N angezogen, aber auf dem Mount Everest nur noch mit 796N, dort bin ich also "leichter"!
 +
:Warum ist das so?
  
−
*Die schwere Ladung (Masse) ist immer positiv, nie negativ.
+
==4) "Aufladen" und "Entladen"==
−
*Die elektrische Ladung kann positiv oder negativ sein.
+
'''Material''': ein Eisennagel, ein Kompass, ein Stabmagnet, ein durchgebrochener Magnet, Schallplatte, (Woll)Pullover, Glimmlampe, Glasstab, Papier
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*Die magnetische Ladung kann positiv (Nordpol) oder negativ (Südpol) sein.
+
;Ein magnetischer Eisennagel
 +
*Nehmt einen Nagel und untersucht mit einem Kompass, ob der Nagel magnetische Pole hat. (Man erkennt das an der ''abstoßenden'' Wirkung, bei einem unmagnetisierten Nagel gibt es nur anziehende Wirkungen!)
 +
:Falls ja, werft den Nagel mehrmals auf den Boden und prüft nun nochmal auf Nord- und Südpole.
 +
:Falls nein, streicht mit einem der Pole einmal von einem bis zum anderen Ende über den Nagel. Untersucht dann erneut den Nagel mit dem Kompass.
 +
*Prüft, ob ihr den magnetischen Zustand des Nagels erneut ändern könnt.
  
 +
;Durchgebrochener Magnet
 +
*An den Stellen, an denen der Magnet durchgebrochen ist, befinden sich wieder Pole!
 +
:Welche Pole sind dort und wie kann man das mit der Magnetisierung des Magnets erklären?
  
−
*Gegenstände mit schwerer Masse werden angezogen. ("Schwere Masse ist homosexuell." ;)
+
;Schallplatte und Glas reiben
−
*Gegenstände mit ungleichnamigen elektrischen/magnetischen Ladungen werden angezogen. ("Elektrische und Magnetische Ladung sind hetero.")
+
*Reibe die Schallplatte mit dem Wollpulli. Halte dann die eine Seite der Glimmlampe fest und berühre mit der anderen Seite der Glimmlampe verschiedenen Stellen der Schallplatte. (Der Raum sollte dazu ziemlich dunkel sein!)
−
*Gegenstände mit gleichnamigen Ladungen werden abgestoßen. ("... und homophob<ref>Siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Homophobie Wikipedia: Homophobie]</ref> .")
+
*Reibe den Glasstab mit Papier und halte wieder die Glimmlampe an den Glasstab. (Der Versuch klappt nicht immer!)
  
−
====Ladungsträger im Atommodell====
+
;Gravitation An- und Ausschalten?
−
<gallery widths=200px heights=130px  perrow=3>
+
*Einen Nagel kann man magnetisieren, wobei magnetische Ladungen entstehen und wieder entmagnetisieren. Eine Schallplatte kann man elektrisch laden und entladen.  
−
Bild:Festkörper_Isolator.png|Das Modell eines Isolators.
+
:Warum kann man nicht einem Stein schwere Ladung geben und wieder nehmen? Dann könnte man die Schwerewirkung auf den Stein an- und ausschalten!
−
Bild:Festkörper_Leiter.png|Das Modell eines Leiters.
+
−
Bild:Festmagnet_Weiss-Bezirke_unmagnetisch.png|Das Modell eines magnetisierbaren Gegenstandes.
+
−
</gallery>
+
  
 +
==5) Influenz (Polarisierung und Magnetisierung)==
 +
'''Material''': ein Kunststofflineal (oder Stange), ein Wollappen (oder ein Fell), Schallplatte, Fell, Metallkugel mit Fuß, Stabmagnet, Münzen
 +
;Gebogener Wasserstrahl
 +
*Reibe ein Kunststofflineal an einem Wollappen und halte es in die Nähe eines schwach fließenden Wasserstrahls.
 +
:Warum lenkt das Lineal den Wasserstrahl ab? (Tipp: Wie verändern die Wassermoleküle durch die Nähe des geladenen Lineals ihre Lage? Siehe "Orientierungspolarisation".)
  
−
*Ein Atom besteht aus einem "festen" Kern aus Protonen und Neutronen mit "weicher" Elektronenhülle. (Entscheidend ist der Energieaufwand!)
+
;Schallplattengenerator
 +
*Entlade zunächst die Metallkugel, indem du sie mit der Hand berührst. Lade dann die Schallplatte durch Reiben negativ auf. Halte die Glimmlampe an einer ihrer beiden Anschlüsse fest.
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#Halte die Schallplatte in die Nähe der Metallkugel (nicht berühren!) und berühre danach die gegenüberliegende Seite der Kugel kurz mit der Glimmlampe.
 +
#Entferne die Schallplatte und berühre die Kugel wieder kurz mit der Glimmlampe.
 +
:Jetzt kann man immer wieder 1. und 2. wiederholen...
 +
*([[Media:Elektrostatik_Influenz_Versuch_Wedelgenerator.ogg|Video des Versuchs]])
  
 +
;Metallsortierung
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*Nicht nur zwischen zwei Magneten gibt es eine Wechselwirkung. Auch zwischen manchen Metallen und Magneten.
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:Teste verschiedene Münzen mit dem Magneten!
  
−
*Alle Materiebausteine tragen schwere Ladungen (Masse).
 
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*Protonen tragen positive Ladung und Elektronen negative Ladung.
 
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*Manche Atome (Fe, Co, Ni) sind durch die Art ihrer Elektronenhülle ein kleiner Magnet/magnetischer Dipol. (Tragen sowohl Nord- als auch Südpolladung.)<ref>[http://www.heise.de/tp/artikel/26/26091/1.html IBM sucht die Super-Festplatte] Artikel bei heise online über eine "Super-Festplatte", welche die Magnetisierung einzelner Eisenatome zur Datenspeicherung verwendet. <br/> [http://abinitio.iehk.rwth-aachen.de/index.php?id=project_a1 Schönes Bild von atomarer Magnetstruktur] (Prof. Dr. rer. nat. Dronskowski (Institut für Anorganische Chemie, RWTH Aachen))</ref>
 
  
−
 
+
;"schwere" Influenz
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*In Festkörpern sind die Atome nur schwer verschiebbar, oft in einer regelmäßigen Kristall-Struktur.
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*Sogar elektrisch neutrale Gegenstände werden in der Nähe von elektrischen Ladungen beeinflusst, ebenso einige Stoffe in der Nähe von magnetischen Ladungen.
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*Die äußere Elektronenhülle ist bei manchen Festkörpern ("Leiter") "leicht" verschiebbar, bei anderen ("Isolator") nicht.
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:Warum gibt es nicht auch eine Influenz bei der Gravitation?
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*Die atomaren Magnete sind je nach Art des Festkörpers mehr oder weniger leicht drehbar.
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====Entstehung der Ursachen / Ladungen====
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<gallery widths=200px heights=150px  perrow=3 >
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Bild:Ladungsverschiebung.png|Elektronen sind vom oberen auf den unteren Gegenstand gebracht worden.
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Bild:Ladungsverschiebung_einfach.png|Dadurch ist der obere Gegenstand positiv, der untere negativ geladen.
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Bild:leer.jpg
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Bild:Festmagnet_Weiss-Bezirke_magnetisch.png|Bei einem Festmagneten sind die atomaren Magnete überwiegend gleich ausgerichtet.
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Bild:Festmagnet_vollständig_magnetisiert.png|Dieser Festmagnet ist sogar vollständig magnetisiert.
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Bild:Festmagnet_mit_Ladungen.png|Vereinfachte Darstellung mit Magnetisierungslinien, die von Südpol- zu Nordpolladungen verlaufen.
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</gallery>
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*Um einen Gegenstand elektrisch zu laden muß man Ladungen verschieben, man kann sie nicht erzeugen.
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*Um einen Gegenstand zu magnetisieren, muss man seine atomaren Magnete ausrichten.
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*Bei der Magnetisierung eines Gegenstandes entsteht an den Rändern genausoviel Nordpol- wie Südpolladung. Die Summe der Ladungen ist Null.
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*Durch Erhitzung oder Erschütterungen werden die atomaren Magnete eines magnetisierbaren Gegenstandes beweglich.
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*Bringt man positive und negative Ladung an einer Stelle zusammen, so schwächt sich die Wirkung. Entscheidend ist der Ladungsunterschied.
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*Bringt man Nordpolladung und Südpolladung an einer Stelle zusammen, so schwächt sich die Wirkung. Entscheidend ist der Ladungsunterschied.
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−
*Ein Gegenstand mit ebensoviel positiver wie negativer Ladung wirkt nach Außen wie ein neutraler Gegenstand, wenn die Ladungen gleichmäßig verteilt sind.
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*Ein Gegenstand mit ebensoviel Nordpol- wie Südpol-Ladung wirkt nach Außen wie ein neutraler Gegenstand, wenn die Ladungen gleichmäßig verteilt sind.
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====Vergleiche====
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=====Stärke=====
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Vergleich mit zwei Eisenatomen:
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Stärke der Gravitation, elektrischen Feldes (Nur die Kerne!), Magnetischen Feldes bei gleichem Abstand.
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Gravitation ist am schwächsten, aber elektrisch, magnetisch?
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Makroskopisch ist das magnetische Feld stärker, weil sich elekrtische LAdungen nur schlecht anhäufen lassen. (Indiz für die Stärke der WW!?)
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=====Reichweite=====
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Gravitation, elektrische und magnetische WW haben ein 1/r^2 Abstandsgesetz. Aber:
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*Es gibt keine negative Massen.
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*Die meisten Gegenstände enthalten gleichviel positive und negative elektrische Ladung. (Es ist schwer elektrische Ladung anzuhäufen.)
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*Alle Gegenstände enthalten gleichviel Nord- und Südpolladung.
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Das heisst, ein Gegenstand ist bestenfalls ein elektrischer oder magnetischer Dipol. In einem größeren Abstand wirkt er elektrisch und magnetisch neutral. Nur die Gravitation wirkt bei großen Abständen.
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=====Beweglichkeit/Influenz=====
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<gallery widths=200px heights=150px  perrow=3 >
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Bild:Influenz_magnetisch_1.png|Ein unmagnetischer aber magnetisierbarer Gegenstand.
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Bild:Influenz_magnetisch_2.png|Wird in der Nähe eines Festmagneten magnetisiert.
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Bild:Influenz_magnetisch_3.png|Vereinfachte Darstellung mit Magnetisierungslinien, die von Südpol- zu Nordpolladungen verlaufen.
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Bild:Festkörper_Influenz_Isolator.png|Die Elektronenhüllen verschieben sich.
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Bild:Influenz Leiter.png|Die bewegliche äußere Elektronenhülle verschiebt sich.
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Bild:Gegenstand_Influenz_mit_Ladungen.png|Die Gesamtwirkung entspricht einem elektrischen Dipol.
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</gallery>
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*Elektrische Ladung ist in einigen Stoffen sehr beweglich, in anderen nicht.
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*Magnetische Ladung ist immer fest an den magnetisierten Gegenstand gebunden.
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*In einem elektrisch neutralen Gegenstand werden in der Nähe eines elektrisch geladenen Gegenstandes die Ladungen verschoben. (elektrische Influenz)
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*In einem magnetisierbaren Gegenstand werden in der Nähe einer magnetischen Ladung die atomaren Magnete ausgerichtet. (magnetische Influenz)
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*Elektrische Ladungen lassen sich nur sehr schlecht speichern/anhäufen. Elektrische Ladungen lassen sich nur schwer trennen.
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*Ein Gramm Kupfer hat eine positive Ladung von Coulomb!
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*Bei Nichtleitern gibt es keine freibeweglichen Elektronen, aber die Elektronenhülle ist trotzdem verschiebbar.
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==Fehler==
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*Es wird eine ganze Hälfte eines Permanentmagneten grün oder rot gezeichnet.
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==Aus Büchern==
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*Gleichnamige Pole stoßen sich ab, ungleiche ziehen sich an.
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*Wenn ein Gegenstand einen anderen wegdrückt oder zu sich heranzieht, muß es eine Verbindung zwischen den Gegenständen geben.
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*Gleichnamige Magnetpole werden von ihrem Feld voneinander weggedrückt, ungleichnamige werden zueinander gezogen.
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*Ein Magnet enthält genausoviel positive wie negative Ladung.
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*Magnetisierungslinien beschreiben den Magnetisierungszustand von Materie. Sie beginnen an negativen magnetischen Ladungen (Südpolladungen) und enden an positiven magnetischen Ladungen (Nordpolladungen).
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*Magnetische Pole sind von magnetischen Feldern umgeben. Hat die Ladung von zwei Pole dasselbe Vorzeichen, so drückt das Feld die Pole voneinander weg, hat sie verschiedene Vorzeichen, so zieht sie das Feld aufeinander zu.
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*Die gesamte magnetische Ladung eines Magneten ist Null.
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−
*Die magnetische Feldstärke ist ein Vektor. Betrag des Vektors: Maß für die Dichte des Feldstoffs. Richtung des Vektors: Zugrichtung des Feldstoffs.
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*Es gibt keine magnetischen Einzelpole, sondern nur magnetische Dipole.
+
−
*Ferromagnetische Stoffe enthalten Elementarmagnete in Form von Dipolen.
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*Beim Magnetisieren richtet man die in Eisen vorhandenen Elementarmagnete aus. Sie sind im nicht magnetisierten Eisen ungeordnet.
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*Bringt man entgegengesetzte Pole zusammen, so schwächen sie sich in ihren Wirkungen nach Außen hin ab. Gleichnamige dagegen verstärken sich.
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*Magnetische Wirkung ist additiv: Superpositionsprinzip
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*Die magnetischen Kräfte nehmen mit kleiner werdendem Abstand stark zu.
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*Die Elektrizität kann positive und negative Werte annehmen.
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*Elektrische Ladung (Elektrizität) sitzt immer auf Teilchen, den Ladungsträgern.
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*Ein positiv geladener Körper besitzt Elektronenmangel, ein negativ geladener Körper besitzt Elektronenüberschuß.
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*Die Ladung eines Körpers ist immer auf geladene Teilchen zurückzuführen, die in allen Körpern vorhanden sind. Es gibt sowohl positiv als auch negativ geladene Teilchen (Ladungsträger).
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*Auf einem scheinbar ungeladenen Körper sind positive und negative Ladungsträger in gleicher Zahl vorhanden. Dieser Körper ist elektrisch neutral.
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*Ungleichnamige Ladungen neutralisieren sich.
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*Überwiegen die positiven Ladungsträger, so ist der Körper positiv geladen.
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*Die positiv geladenen Teilchen können die Atomkerne nicht verlassen. Einzelne Elektronen können aus den Atomhüllen herausgerissen oder von den Atomhüllen abgegeben werden.
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*Bei enger Berührung unterschiedlicher Körper kann es passieren, dass Elektronen aus den Atomhüllen des einen Körpers auf den anderen Körper überwechseln.
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*Eine geriebene Schallplatte ist in einem besonderen elektrischen Zustand. Man sagt: Sie ist geladen, oder sie trägt eine elektrische Ladung.
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*Es ist nicht möglich, einen Körper allein aufzuladen, immer wird auch gleichzeitig ein zweiter geladen.
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*In Nichtleitern ist die Ladung unbeweglich und an ihren Platz gebunden, während sie sich in Leitern bewegen kann.
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*Die Ladungen eines geladenen Leiters sitzen nur auf seiner Außenfläche.
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*Zwei positiv geladene Körper stoßen sich voneinander ab; das gleiche gilt für zwei negativ geladene Körper. Dagegen ziehen sich ein positiv und ein negativ geladener Körper gegenseitig an.
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**Kurz gesagt: Gleichnamig geladene Körper stoßen einander ab, ungleichnamig geladene ziehen einander an.
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*Elektrisch geladene Gegenstände sind von einem elektrischen Feld umgeben. Haben die Ladungen von zwei Gegenständen dasselbe Vorzeichen, so drückt das Feld die Gegenstände voneinander weg, haben sie verschiedene Vorzeichen, so zieht das Feld sie aufeinander zu.
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*Wenn man einen eladenen Körper in die Nähe eines ungeladenen Leiters bringt, kommt es zu Ladungsverschiebungen. Dieser Vorgang heisst Influenz.
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Bringt man einen geladenen Körper in die Nähe eines ungeladenen Isolators, so werden die Elektronen in der Atomhülle eines jeden Atoms ein wenig verschoben. Jedes Atom des Isolators hat dann einen positiven und einen negativen Bereich.
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*Das Wort Influenz ist abgeleitet von lat. influere: hineinfließen.
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*Die elektrische Feldstärke ist ein Vektor. Betrag des Vektors: Maß für die Dichte des Feldstoffs. Richtung des Vektors: Zugrichtung des Feldstoffs.
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==Fußnoten==
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<references />
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Aktuelle Version vom 2. Februar 2017, 14:06 Uhr

Ziel des Lernzirkels

Dieser Lernzirkel soll Ihnen die Gelegenheit geben die wichtigsten Eigenschaften der Gravitation, der elektrischen und magnetischen Wechselwirkung aus der Mittelstufe noch einmal zu wiederholen.

Führen Sie die verschiedenen Experimente durch und machen Sie sich mit Hilfe dieser Übersicht und den bei den Versuchen liegenden Hinweisen klar wie man die Beobachtungen mit Hilfe von verschiedenen Modellen erklären kann.

1) Ladungen - verschiedene Eigenschaften von Gegenständen

Material: Laptop mit LAN, Physikbuch, zwei Stabmagnete, eine Schnur

Schwere Ladung
1) "Gravitation ist die Kraft, die uns und andere Gegenstände nach unten zur Erde zieht."
2) "Gravitation bewirkt die Anziehung von kleinen Objekten zu großen Objekten." (Ein Ball wird von der Erde angezogen, die Erde wird von der Sonne angezogen.)
3) "Gravitation ist Massenanziehung. Zwei Gegenstände, die Masse haben, werden zueinander hingezogen."
  • Wie funktioniert eine Gravitationsdrehwaage? Schaut in das Physikbuch.
Magnetische Ladung
  • Nähere das eine Ende eines Magneten verschiedenen Stellen des anderen Magneten.
Welche Wirkungen treten auf? In welchen Fällen ist die Wirkung besonders stark?
  • Hänge einen Magneten drehbar an einer Schnur auf.
An welcher Stelle befindet sich die Nordpolladung und wo die Südpolladung?
Elektrische Ladung
  • Warum gibt es keine Gegenstände, die dauerhaft elektrisch geladen sind?

2) Summe und Differenz von Ladungen

Material: zwei Stabmagnete, eine Schachtel mit Eisennägeln, Wimshurstmaschine, Elektroskop mit Faraday-Becher, Ladungslöffel

Magnete wirken zusammen
  • Haltet zunächst nur einen Nordpol in die Nägel.
Wieviele Nägel kann man mit einem Nordpol anheben?
  • Macht aus zwei Magneten einen, indem ihr sie so zusammenhaltet, dass die beiden Nordpole und die beiden Südpole aufeinanderliegen.
Wieviele Nägel können zwei Nordpole anheben?
  • Macht aus zwei Magneten einen, indem ihr sie so aufeinanderlegt, dass jeweils die Nord- und Südpole zusammenliegen.
Wieviele Nägel kann ein gemischter Nord- / Südpol anheben?
  • Was folgt aus euren Beobachtungen?
Elektrische Ladungen löffeln
  • Mit der Wimshurst-Maschine kann man elektrische Ladungen trennen. Dreht man die Kurbel im Uhrzeigersinn, so fließen Elektronen von einer Seite auf die andere. Die entstehenden Pole sind mit + und - markiert. Auf einem Elektroskop befindet sich ein "Faraday-Becher". Die kleine Metallkugel mit dem Kunststoffgriff nennt man "Ladungslöffel".
Nehmt den Ladungslöffel und berührt damit den -Pol und danach die Innenseite des Faraday-Bechers. Wiederholt dies noch zweimal.
Berührt dann den +Pol und die Innenseite des Bechers. Wiederholt dies ebenso.
Gravitation auf anderen Planeten
  • Die Gravitation ist nicht überall gleich. Der Ortsfaktor gibt an, wie stark die Anziehungskraft an dieser Stelle ist.
Warum ist die Gravitation an den verschiedenen Orten denn so unterschiedlich?
Himmelskörper Ortsfaktor in N/kg
Merkur 3,70
Venus 8,87
Erde 9,798
Mond 1,62
Mars 3,71
Jupiter 24,79
Saturn 10,44
Uranus 8,87
Neptun 11,15

3) Großer oder kleiner Abstand

Material: Ein schwebender Magnet, ein elektrischer "Zauberstab" mit Folie

Schwebender Magnet
Schwebender Magnet.jpg
  • Ein Magnet schwebt über einem anderen Magneten. Wenn man oben draufdrückt, dann nähern sich die Magnete weiter an. Läßt man los, so bewegt sich der obere Magnet wieder weg und kommt in einer größeren Entfernung wieder zur Ruhe.
Wie kann man das erklären? (Tipp: Welche Kräfte wirken, wie hängt das mit dem Abstand zusammen?)
elektrischer Zauberstab
  • Lege die metallbedampfte Folie auf den "Zauberstab" und schalte ihn ein. Versuche die Folie in der Schwebe zu halten.
Vergleiche den Versuch mit den beiden Magneten.
Leichtigkeit auf dem Mount Everest
  • Am Meer werde ich mit 800N angezogen, aber auf dem Mount Everest nur noch mit 796N, dort bin ich also "leichter"!
Warum ist das so?

4) "Aufladen" und "Entladen"

Material: ein Eisennagel, ein Kompass, ein Stabmagnet, ein durchgebrochener Magnet, Schallplatte, (Woll)Pullover, Glimmlampe, Glasstab, Papier

Ein magnetischer Eisennagel
  • Nehmt einen Nagel und untersucht mit einem Kompass, ob der Nagel magnetische Pole hat. (Man erkennt das an der abstoßenden Wirkung, bei einem unmagnetisierten Nagel gibt es nur anziehende Wirkungen!)
Falls ja, werft den Nagel mehrmals auf den Boden und prüft nun nochmal auf Nord- und Südpole.
Falls nein, streicht mit einem der Pole einmal von einem bis zum anderen Ende über den Nagel. Untersucht dann erneut den Nagel mit dem Kompass.
  • Prüft, ob ihr den magnetischen Zustand des Nagels erneut ändern könnt.
Durchgebrochener Magnet
  • An den Stellen, an denen der Magnet durchgebrochen ist, befinden sich wieder Pole!
Welche Pole sind dort und wie kann man das mit der Magnetisierung des Magnets erklären?
Schallplatte und Glas reiben
  • Reibe die Schallplatte mit dem Wollpulli. Halte dann die eine Seite der Glimmlampe fest und berühre mit der anderen Seite der Glimmlampe verschiedenen Stellen der Schallplatte. (Der Raum sollte dazu ziemlich dunkel sein!)
  • Reibe den Glasstab mit Papier und halte wieder die Glimmlampe an den Glasstab. (Der Versuch klappt nicht immer!)
Gravitation An- und Ausschalten?
  • Einen Nagel kann man magnetisieren, wobei magnetische Ladungen entstehen und wieder entmagnetisieren. Eine Schallplatte kann man elektrisch laden und entladen.
Warum kann man nicht einem Stein schwere Ladung geben und wieder nehmen? Dann könnte man die Schwerewirkung auf den Stein an- und ausschalten!

5) Influenz (Polarisierung und Magnetisierung)

Material: ein Kunststofflineal (oder Stange), ein Wollappen (oder ein Fell), Schallplatte, Fell, Metallkugel mit Fuß, Stabmagnet, Münzen

Gebogener Wasserstrahl
  • Reibe ein Kunststofflineal an einem Wollappen und halte es in die Nähe eines schwach fließenden Wasserstrahls.
Warum lenkt das Lineal den Wasserstrahl ab? (Tipp: Wie verändern die Wassermoleküle durch die Nähe des geladenen Lineals ihre Lage? Siehe "Orientierungspolarisation".)
Schallplattengenerator
  • Entlade zunächst die Metallkugel, indem du sie mit der Hand berührst. Lade dann die Schallplatte durch Reiben negativ auf. Halte die Glimmlampe an einer ihrer beiden Anschlüsse fest.
  1. Halte die Schallplatte in die Nähe der Metallkugel (nicht berühren!) und berühre danach die gegenüberliegende Seite der Kugel kurz mit der Glimmlampe.
  2. Entferne die Schallplatte und berühre die Kugel wieder kurz mit der Glimmlampe.
Jetzt kann man immer wieder 1. und 2. wiederholen...
Metallsortierung
  • Nicht nur zwischen zwei Magneten gibt es eine Wechselwirkung. Auch zwischen manchen Metallen und Magneten.
Teste verschiedene Münzen mit dem Magneten!


"schwere" Influenz
  • Sogar elektrisch neutrale Gegenstände werden in der Nähe von elektrischen Ladungen beeinflusst, ebenso einige Stoffe in der Nähe von magnetischen Ladungen.
Warum gibt es nicht auch eine Influenz bei der Gravitation?
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