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=Arbeitshinweise=
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*Schneidet bei jeder Station die '''Versuchsanleitung''' aus und klebt sie als Überschrift ins Heft.
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*Schreibt / zeichnet unter der Überschrift '''Beobachtung''' eure Beobachtungen
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* und unter der Überschrift '''Folgerungen''' eure Erklärungen oder Ergebnisse auf.
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*Bei einigen Stationen sollt ihr auch noch eine Zusatzfrage beantworten.
  
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==Praktikum: Äquipotentialflächen messen==
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=A) Eigenschaften von Magneten=
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===Arbeitsauftrag===
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[[Datei:Praktikum_Äquipotentiallinien_Kondensator.jpg|thumb|Als "Kondensatorplatten" kann man auch zwei kurze Stativstangen nehmen.]]
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*Zeichnen Sie für einen Kondensator und einen elektrischen Dipol die Äquipotentialflächen (Linien) für 0V, 1V, ... ,9V, 10V.
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*Erstellen Sie jeweils ein Diagramm des Potentials und der Feldstärke über den Ort.
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==Station 1: Ein Magnet und andere Stoffe==
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:Beim Kondensator auf der Symmetrieachse senkrecht zu den "Platten", beim Dipol auf der Verbindungslinie zwischen den Polen.
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[[Datei:Magnetismus_Lernzirkel1_Stoffe_untersuchen.jpg|thumb]]
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;Aufbau
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Haltet den Permanentmagneten an verschiedene Gegenstände im Zimmer und an die kleinen Würfel. Bei welchen Stoffen zeigt sich eine Wechselwirkung, bei welchen nicht?
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*Schreibt eure Beobachtung in einer Tabelle auf.
  
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*Berechnen Sie für den Kondensator und den Dipol die elektrische Feldstärke an einer selbst ausgewählten und auf dem Papier markierten  Stelle. Bestimmen Sie die Kraft, die dort auf ein Elektron wirkt.
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magnetisierbare Stoffe   
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nicht magnetisierbare Stoffe
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|style="border-style: solid; border-width: 4px "| Bleistift (Holz, Graphit)
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;Material
 
;Material
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:Netzgerät, Kroko-Kabel,  eckige Tonnenfüße, 200g-Gewichte, feuchtes Papier, Multimeter mit Messkabel
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*ein Stabmagnet
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;Aufbau
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*Probewürfel aus verschiedenen Materialien
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:Das Papier vollständig nass machen und etwas abtropfen lassen. Es ist wichtig, dass es während der Messung gleichmäßig feucht ist. Angetrocknete Stellen verfälschen das Ergebnis!
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*Gegenstände aus dem Zimmer
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:Der Kondensator wird aus vier eckigen Standfüßen gebaut, der Dipol aus zwei 200g-Gewichten.
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:Mit zwei Kroko-Kabeln werden die Pole an das Netzgerät angeschlossen. Den Minuspol legt man als 0V fest ("Erde")
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:Mit dem Multimeter die Potentialdifferenz (Spannung) zwischen Minuspol und einer Stelle auf dem Papier messen und Orte gleichen Potentials z.B. 4V auf dem Papier markieren.
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:Die Spannung am Netzteil wird so geregelt, dass der Pluspol auf dem Potential von 10V liegt (am Papier gemessen!).
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===Beobachtungen===
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==Station 2: Die Pole eines Permanentmagneten (Kompass)==
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[[Datei:Magnetismus_Lernzirkel1_Pole.jpg|thumb]]
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;Aufbau
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1) Hängt einen Permanentmagneten mit einer Schnur drehbar auf und markiert den nach Norden zeigende Ende mit einem Stift. Dann macht ihr das gleiche mit dem anderen Magneten.
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2) Taucht die Permanentmagnete in das Eisenpulver.
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3) Nähert die verschiedenen Pole der Magnete einander.
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''Entfernt dann das Eisenpulver wieder von den Magneten und füllt es zurück in das Glas.''
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;Material
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*zwei Stabmagnete
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*Eisenpulver
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*eine Schnur
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==Station 3: Magneten herstellen und zerstören (magnetische Influenz)==
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[[Datei:Magnetismus_Lernzirkel1_Influenz.jpg|thumb]]
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;Aufbau
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1) Hängt einen Eisennagel an den Nordpol eines Magneten und an diesen wiederum den nächsten Nagel und so weiter. Versucht eine möglichst lange Nagelkette zu bilden.
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Probiert eine Nagelkette ohne Magneten zu bilden.
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2) Streicht mit einem Pol eines Permanentmagneten mehrmals in nur einer Richtung über einen Eisennagel. Danach hält man zuerst das eine, dann das andere Ende des Nagels an den Kompass.<br>
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Streicht mit dem gleichen Pol, aber in der anderen Richtung über den Nagel und haltet wieder die Enden an den Kompass.<br>
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Dann schmeißt man den magnetisierten Nagel mehrmals kräftig auf den Boden und untersucht ihn wiederum mit dem Kompass.
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;Material
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*ein Stabmagnet
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*einige Eisennägel
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*ein Minikompass
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==Station 4: Das Innere eines Magneten (Modell der Elementarmagnete)==
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[[Datei:Magnetismus_Lernzirkel1_zerbrochener_Magnet_Elementarmagnete.jpg|thumb]]
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1) Untersucht den zerbrochenen Magneten mit dem Minikompass auf Magnetpole. Wenn der Magnet in mehrere Teile zerbrochen ist, untersucht auch die kleinen Bruchstücke.
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2) Streicht mit einem Pol des Magneten mehrmals in der gleichen Richtung über den Eisendraht. Legt danach den Magneten etwas weiter weg, damit er den Versuch nicht stört.<br>
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Untersucht dann den Eisendraht mit dem Kompass auf Pole und markiert den Nordpol mit einem Stift.<br>
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Zerbrecht den Eisendraht in zwei gleiche Teile und markiert wieder die Nordpole.<br>
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Zerbrecht nun die beiden Hälften in Viertel, diese in Achtel, und so weiter. Markiert jedesmal den Nordpol.
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;Material
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*ein zerbrochener Stabmagnet
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*ein Minikompass
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*ein Eisendraht mit Sollbruchstellen
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==Station 5: Aufgaben==
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Teilt man einen Magneten in immer kleinere Stücke, entstehen wieder Magnete mit Nord- und Südpol. Wiederholt man diese Zerteilung immer und immer wieder, so gelangt man zu den einzelnen Atomen, den Elementarmagneten. Ein Eisenatom ist zum Beispiel ein winziger Magnet.
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[[Datei:Praktikum_Äquipotentiallinien_Messergebnis_Kondensator_klein.jpg|thumb|Äquipotentiallinien des Kondensators.]]
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Bei magnetisierbaren Stoffen, wie Eisen, Nickel und Kobalt sind die Atome kleine Elementarmagnete. Bei nichtmagnetisierbaren Stoffen sind die Atome keine Magnete.
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Bei magnetisierten Stoffen sind die Elementarmagnete in eine gemeinsame Richtung ausgerichtet.
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'''1)''' In den Bildern sind die Elementarmagnete von
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:a) einem unmagnetisierten Stück Eisen
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:b) einem Stück Kupfer
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:c) einem magnetisierten Stück Eisen
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gezeichnet. Ordne die Bilder zu und begründe.
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Bild:Festmagnet vollständig magnetisiert.png|
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Bild:Unmagnetisierbarer_Gegenstand.png|
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Bild:Festmagnet Weiss-Bezirke unmagnetisch.png|
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Reines Eisen (Fe) ohne Beimischungen nennt man ''Weicheisen''. Aus Weicheisen wird durch Beimischung von Kohlenstoff und anderen Zusätzen ''Stahl'' hergestellt.<br>
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Dadurch verändert sich die Drehbarkeit der Elementarmagnete! In Weicheisen sind sie leicht veränderbar, je mehr Zusätze das Eisen enthält, desto stabiler ist die Ausrichtung der Elementarmagnete.
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'''2)''' In Station 3 habt ihr eine "Nagelkette" an einen Magneten gehängt. Ohne den Magneten bleiben die unteren Nägel nicht an dem oberen hängen.
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*Zeichnet ein Bild mit einer Nagelkette mit nur zwei Nägeln. Zeichnet in den Magneten sowie in die Nägel die Ausrichtung der Elementarmagnete und die Pole ein.
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*Erklärt warum die Nägel mit Magnet aneinander haften und ohne Magnet nicht.
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'''3)''' Bei Station 3 habt ihr einen Eisennagel magnetisiert und durch Erschütterungen wieder entmagnetisiert.<br>
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*Erkläre dieses Ergebnis mit dem Modell der Elementarmagnete. (Zeichnung und Text)
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'''4)''' Wie werden wohl Permanentmagnete hergestellt, die man kaufen kann? Überlegt euch mindestens eine Möglichkeit.
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Bei einem magnetisierten Gegenstand hebt sich die Wirkung der Nord- und Südpole in der Mitte gegenseitig auf. Nur die Pole am Anfang und am Ende wirken nach Außen.<br>
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Man beschreibt daher den Magnetisierungszustand auch mit Magnetisierungslinien:
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[[Datei:Praktikum_Äquipotentiallinien_Messergebnis_Dipol_klein.jpg|thumb|Äquipotentiallinien des Dipols.]]
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[[Datei:Festmagnet mit Ladungen.png|200px]]
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Magnetisierungslinien beschreiben die Ausrichtung der Elementarmagnete innerhalb eines Gegenstandes. Sie verlaufen vom Südpol zum Nordpol.
 
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'''5)''' Bei diesen Permanentmagneten ist die Ausrichtung der Elementarmagnete durch Magnetisierungslinien gekennzeichnet.
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*Kennzeichne die Südpole grün und die Nordpole rot.
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Bild:Lernzirkel_Magnetismus_Aufgabe_Magnetisierungslinien_Scheibenmagnet_mit_Linien.png|Ein Scheibenmagnet.
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Bild:Lernzirkel_Magnetismus_Aufgabe_Magnetisierungslinien_Magnet_mit_Linien_NSNS.png|Dieser Magnet hat mehr als zwei Pole!
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Bild:Lernzirkel Magnetismus Aufgabe Magnetisierungslinien Ringmagnet mit Linien.png|Ein ringförmiger Magnet.
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</gallery>
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'''6)''' Bei diesen Permanentmagneten sind die Pole gekennzeichnet.
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*Zeichne den möglichen Verlauf der Magnetisierungslinien ein.
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<gallery widths=200px heights=200px perrow=3>
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Bild:Lernzirkel_Magnetismus_Aufgabe_Magnetisierungslinien_Hufeisenmagnet.png
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Bild:Lernzirkel_Magnetismus_Aufgabe_Magnetisierungslinien_Rundmagnet_NSNS.png
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Bild:Lernzirkel_Magnetismus_Aufgabe_Magnetisierungslinien_Rundmagnet_NNSS.png
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</gallery>
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'''7)''' An einen Permanentmagneten hängen ein oder zwei Weicheisenstücke.
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*Baut euch selbst die Situation nach und sucht mit einem Kompass die Pole.
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*Zeichnet dann die Magnetisierungslinien im Weicheisen ein.
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;Material
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*ein Stabmagnet
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*zwei Stücke Weicheisen
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*ein Minikompass
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<gallery widths=250px heights=250px perrow=3>
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Bild:Lernzirkel_Magnetismus_Aufgabe_Magnetisierungslinien_Stabmagnet_mit_Weicheisen.png
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Bild:Lernzirkel_Magnetismus_Aufgabe_Magnetisierungslinien_Stabmagnet_mit_zwei_Weicheisen.png
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Version vom 28. September 2018, 06:16 Uhr

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Arbeitshinweise

  • Schneidet bei jeder Station die Versuchsanleitung aus und klebt sie als Überschrift ins Heft.
  • Schreibt / zeichnet unter der Überschrift Beobachtung eure Beobachtungen
  • und unter der Überschrift Folgerungen eure Erklärungen oder Ergebnisse auf.
  • Bei einigen Stationen sollt ihr auch noch eine Zusatzfrage beantworten.

A) Eigenschaften von Magneten

Station 1: Ein Magnet und andere Stoffe

Magnetismus Lernzirkel1 Stoffe untersuchen.jpg
Aufbau

Haltet den Permanentmagneten an verschiedene Gegenstände im Zimmer und an die kleinen Würfel. Bei welchen Stoffen zeigt sich eine Wechselwirkung, bei welchen nicht?

  • Schreibt eure Beobachtung in einer Tabelle auf.

magnetisierbare Stoffe

nicht magnetisierbare Stoffe

Bleistift (Holz, Graphit)
Material
  • ein Stabmagnet
  • Probewürfel aus verschiedenen Materialien
  • Gegenstände aus dem Zimmer


Station 2: Die Pole eines Permanentmagneten (Kompass)

Magnetismus Lernzirkel1 Pole.jpg
Aufbau

1) Hängt einen Permanentmagneten mit einer Schnur drehbar auf und markiert den nach Norden zeigende Ende mit einem Stift. Dann macht ihr das gleiche mit dem anderen Magneten.

2) Taucht die Permanentmagnete in das Eisenpulver.

3) Nähert die verschiedenen Pole der Magnete einander.

Entfernt dann das Eisenpulver wieder von den Magneten und füllt es zurück in das Glas.

Material
  • zwei Stabmagnete
  • Eisenpulver
  • eine Schnur


Station 3: Magneten herstellen und zerstören (magnetische Influenz)

Magnetismus Lernzirkel1 Influenz.jpg
Aufbau

1) Hängt einen Eisennagel an den Nordpol eines Magneten und an diesen wiederum den nächsten Nagel und so weiter. Versucht eine möglichst lange Nagelkette zu bilden. Probiert eine Nagelkette ohne Magneten zu bilden.

2) Streicht mit einem Pol eines Permanentmagneten mehrmals in nur einer Richtung über einen Eisennagel. Danach hält man zuerst das eine, dann das andere Ende des Nagels an den Kompass.
Streicht mit dem gleichen Pol, aber in der anderen Richtung über den Nagel und haltet wieder die Enden an den Kompass.
Dann schmeißt man den magnetisierten Nagel mehrmals kräftig auf den Boden und untersucht ihn wiederum mit dem Kompass.

Material
  • ein Stabmagnet
  • einige Eisennägel
  • ein Minikompass


Station 4: Das Innere eines Magneten (Modell der Elementarmagnete)

Magnetismus Lernzirkel1 zerbrochener Magnet Elementarmagnete.jpg

1) Untersucht den zerbrochenen Magneten mit dem Minikompass auf Magnetpole. Wenn der Magnet in mehrere Teile zerbrochen ist, untersucht auch die kleinen Bruchstücke.

2) Streicht mit einem Pol des Magneten mehrmals in der gleichen Richtung über den Eisendraht. Legt danach den Magneten etwas weiter weg, damit er den Versuch nicht stört.
Untersucht dann den Eisendraht mit dem Kompass auf Pole und markiert den Nordpol mit einem Stift.
Zerbrecht den Eisendraht in zwei gleiche Teile und markiert wieder die Nordpole.
Zerbrecht nun die beiden Hälften in Viertel, diese in Achtel, und so weiter. Markiert jedesmal den Nordpol.

Material
  • ein zerbrochener Stabmagnet
  • ein Minikompass
  • ein Eisendraht mit Sollbruchstellen


Station 5: Aufgaben

Teilt man einen Magneten in immer kleinere Stücke, entstehen wieder Magnete mit Nord- und Südpol. Wiederholt man diese Zerteilung immer und immer wieder, so gelangt man zu den einzelnen Atomen, den Elementarmagneten. Ein Eisenatom ist zum Beispiel ein winziger Magnet.

Bei magnetisierbaren Stoffen, wie Eisen, Nickel und Kobalt sind die Atome kleine Elementarmagnete. Bei nichtmagnetisierbaren Stoffen sind die Atome keine Magnete.

Bei magnetisierten Stoffen sind die Elementarmagnete in eine gemeinsame Richtung ausgerichtet.

1) In den Bildern sind die Elementarmagnete von

a) einem unmagnetisierten Stück Eisen
b) einem Stück Kupfer
c) einem magnetisierten Stück Eisen

gezeichnet. Ordne die Bilder zu und begründe.

  • Festmagnet vollständig magnetisiert.png
  • Unmagnetisierbarer Gegenstand.png
  • Festmagnet Weiss-Bezirke unmagnetisch.png


Reines Eisen (Fe) ohne Beimischungen nennt man Weicheisen. Aus Weicheisen wird durch Beimischung von Kohlenstoff und anderen Zusätzen Stahl hergestellt.
Dadurch verändert sich die Drehbarkeit der Elementarmagnete! In Weicheisen sind sie leicht veränderbar, je mehr Zusätze das Eisen enthält, desto stabiler ist die Ausrichtung der Elementarmagnete.

2) In Station 3 habt ihr eine "Nagelkette" an einen Magneten gehängt. Ohne den Magneten bleiben die unteren Nägel nicht an dem oberen hängen.

  • Zeichnet ein Bild mit einer Nagelkette mit nur zwei Nägeln. Zeichnet in den Magneten sowie in die Nägel die Ausrichtung der Elementarmagnete und die Pole ein.
  • Erklärt warum die Nägel mit Magnet aneinander haften und ohne Magnet nicht.

3) Bei Station 3 habt ihr einen Eisennagel magnetisiert und durch Erschütterungen wieder entmagnetisiert.

  • Erkläre dieses Ergebnis mit dem Modell der Elementarmagnete. (Zeichnung und Text)

4) Wie werden wohl Permanentmagnete hergestellt, die man kaufen kann? Überlegt euch mindestens eine Möglichkeit.


Bei einem magnetisierten Gegenstand hebt sich die Wirkung der Nord- und Südpole in der Mitte gegenseitig auf. Nur die Pole am Anfang und am Ende wirken nach Außen.
Man beschreibt daher den Magnetisierungszustand auch mit Magnetisierungslinien:

Festmagnet mit Ladungen.png

Magnetisierungslinien beschreiben die Ausrichtung der Elementarmagnete innerhalb eines Gegenstandes. Sie verlaufen vom Südpol zum Nordpol.

5) Bei diesen Permanentmagneten ist die Ausrichtung der Elementarmagnete durch Magnetisierungslinien gekennzeichnet.

  • Kennzeichne die Südpole grün und die Nordpole rot.

  • Ein Scheibenmagnet.

  • Dieser Magnet hat mehr als zwei Pole!

  • Ein ringförmiger Magnet.

6) Bei diesen Permanentmagneten sind die Pole gekennzeichnet.

  • Zeichne den möglichen Verlauf der Magnetisierungslinien ein.
  • Lernzirkel Magnetismus Aufgabe Magnetisierungslinien Hufeisenmagnet.png
  • Lernzirkel Magnetismus Aufgabe Magnetisierungslinien Rundmagnet NSNS.png
  • Lernzirkel Magnetismus Aufgabe Magnetisierungslinien Rundmagnet NNSS.png

7) An einen Permanentmagneten hängen ein oder zwei Weicheisenstücke.

  • Baut euch selbst die Situation nach und sucht mit einem Kompass die Pole.
  • Zeichnet dann die Magnetisierungslinien im Weicheisen ein.
Material
  • ein Stabmagnet
  • zwei Stücke Weicheisen
  • ein Minikompass
  • Lernzirkel Magnetismus Aufgabe Magnetisierungslinien Stabmagnet mit Weicheisen.png
  • Lernzirkel Magnetismus Aufgabe Magnetisierungslinien Stabmagnet mit zwei Weicheisen.png


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