Das Magnetfeld
Inhaltsverzeichnis
Versuch: Schwebender Scheibenmagnet
- Aufbau
Man hält die Finger zwischen die Magnete und drückt gegen den oberen Magneten.
"Was hält den schwebenden Magneten oben?"
- Beobachtung
Der obere Magnet schwebt, auch wenn man die Finger dazwischen hält. Drückt man dagegen, so schwebt er weiterhin, er wird noch fester nach oben gedrückt.
- Folgerung
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Das Magnetfeld kann gleiche Pole voneinander wegdrücken und ungleiche aufeinander zu ziehen, wie ein elastisches Stück Gummi. |
Versuch: die magnetische Kanone
Aufbau
a) Eine Reihe von Stahlkugeln liegt auf einer Bahn. Eine Kugel wird auf die ruhenden Kugeln gerollt.
b) Eine der ruhenden Kugeln wird durch eine magnetische Kugel ausgetauscht. Wieder rollt eine Kugel auf die ruhenden.
Beobachtung
a) Die rollende Kugel bleibt liegen und die letzte der ruhendenden Kugeln rollt in etwa mit der Geschwindigkeit der vorher rollenden Kugel davon.
b) Die rollende Kugel bleibt stehen. Die letzte Kugel rollt mit hoher Geschwindigkeit weg.
Folgerung
a) Die rollende Kugel gibt ihre Energie an die letzte Kugel weiter.
b) Offensichtlich hat die wegrollende Kugel mehr Energie als beim ersten Versuch (a). Das Magnetfeld zwischen der rollenden und der magnetischen Kugel zieht sich zusammen und beschleunigt so die Kugel. Dadurch erhält sie zusätzlich Energie. Aber wo kommt die Energie für die Beschleunigung her?
Wenn man die hingerollte Kugel für einen erneuten Durchgang entfernen will, so muß man Energie aufwenden. Diese Energie stammt aus dem ziehenden/drückenden Menschen. Aber wo steckt sie nun? In der weggezogenen Stahlkugel? Das ist eher unwahrscheinlich, denn diese Kugel unterscheidet sich nicht von den anderen Stahlkugeln, weder in Temperatur noch Geschwindigkeit noch sonst einer Eigenschaft. Das Einzige, was sich beim Wegziehen geändert hat ist das Magnetfeld!
Die Energie kann nur aus dem Magnetfeld stammen, das sich durch die Annäherung der rollenden Kugel verändert.
Das ist auch sehr einsichtig, wenn man Nord- und Südpolladung zweier Magnete zusammenbringt und dann wieder entfernt. "Kleben" die Pole aneinander, so gibt es fast kein Feld. Durch das Auseinanderziehen entsteht immer mehr Feld und dafür wird Energie benötigt.
Beim Auseinanderziehen entsteht neues Feld.
Durch das Zusammendrücken steht das Feld unter einer größeren Druckspannung und enthält mehr Energie.
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Im Magnetfeld ist Energie gespeichert. Zieht man die Eisenkugel vom Magnet weg, so steckt man die Energie in das Feld hinein. Rollt die Kugel auf den Magnet zu, so wird sie schneller und bekommt die Energie aus dem Magnetfeld. |
Versuch: Der schwimmende Magnetpol
- Aufbau
An einen mit Wasser gefüllten Bottich wird an der Seite ein Stabmagnet geklebt.
Mehrere kleine Neodym-Magneten sind zu einer Kette zusammengesetzt worden, wodurch ein langer Stabmagnet entsteht. Die Kette wird an einem Korken befestigt, so dass sie schwimmen kann. Der Nordpol befindet sich an der Oberseite des Korkens.
Dann setzt man die Magnetkette an verschiedene Stellen des Aquariums und läßt sie los.
- Beobachtung
Der schwimmende Magnetpol wird in einer gekrümmten Bahn vom Nordpol zum Südpol gezogen/gedrückt.
- Folgerung
Mit einem Probenordpol kann man das Magnetfeld des Stabmagneten untersuchen. (Der Südpol ist weiter weg und spielt deswegen keine große Rolle.)
Das Feld zieht oder drückt den Probenordpol vom Nordpol zum Südpol des Stabmagneten.
An jeder Stelle gibt es eine bestimmte Stärke und Richtung der Kraft auf den Probenordpol. Die Kraftrichtung veranschaulicht man mit Feldlinien. Senkrecht zur Kraftrichtung kann man Feldflächen einzeichnen. So erkennt man die innere Struktur des Magnetfeldes. Dort, wo die Linien eng beieinanderliegen, ist die Kraftwirkung auf den Probenordpol besonders groß.
Das Magnetfeld wird hier durch die dunkle Färbung dargestellt. Es befindet sich hauptsächlich an den Polen.
Der Probenordpol wird an verschiedenen Stellen des Feldes unterschiedlich stark und in verschiedene Richtungen gezogen.
Feldlinien (rot) geben die Kraftrichtung auf den Probenordpol an. Die Feldflächen (grün) sind senkrecht dazu.
Verschiedene Darstellungen des Magnetfeldes eines Stabmagneten
Dichtes Feld ist rot, dünnes Feld blau gezeichnet.
Die Pole entstehen durch einen Stabmagneten.
Dieser Ringmagnet würde die gleichen Pole und damit auch das gleiche Feld erzeugen.
Dichtes Feld ist dunkel gezeichnet.
Die Linien geben die Kraftrichtung auf einen Probenordpol an.
Die Feldflächen sind senkrecht zu den Linien.
Die Pole sind rot und grün markiert...
... und der Magnet ist eingezeichnet.
Hier kann man sich das Feld eines magnetischen Dipols zeichnen lassen. Der Dipol kann durch die Magnetisierung eines Stabmagneten oder eines Ringmagneten entstehen.
Links
- Video: Von Pol zu Pol - Carl Friedrich Gauß und der Erdmagnetismus (Meilensteine der Naturwissenschaft und Technik)
