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Elektromagnete – Aufbau und Funktion

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Physik-Team
Elektromagnete – Aufbau und Funktion
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Beschreibung Elektromagnete – Aufbau und Funktion

Inhalt

Elektromagnete

Du hast sicher schon viel über Magnete gelernt. Aber weißt du auch, was ein Elektromagnet ist und wie er sich von einem Permanentmagneten unterscheidet? Das wollen wir uns im Folgenden anschauen.

Was ist ein Elektromagnet?


Elektromagnet – Aufbau und Funktion

Um einen einfachen Elektromagnet zu bauen, benötigen wir nur zwei Dinge: einen leitfähigen Draht und eine Energiequelle, wie zum Beispiel eine Batterie. Wenn wir den Draht an die Batterie anschließen, sorgt die Spannung für einen Stromfluss. Der elektrische Strom hat auch eine magnetische Wirkung. Das kannst du zum Beispiel mit einer Kompassnadel überprüfen: Wenn du sie nahe an den Draht hältst, richtet sie sich aus. Allerdings ist die magnetische Wirkung sehr schwach. Für einen richtigen Elektromagnet müssen wir sie noch verstärken.

Das geht, indem wir einen Teil des Drahtes zu einer Spule aufwickeln.

Elektromagnet Spule

Die magnetische Wirkung der Spule kann schon groß genug sein, um leichte metallische Objekte anzuziehen – wie zum Beispiel Büroklammern, Tackernadeln oder kleine Nägel. So haben wir also schon einen Magnet gebaut, der mit elektrischem Strom funktioniert – einen Elektromagnet.

Wenn wir den Draht nicht einfach so zu einer Spule wickeln, sondern ihn um einen Eisenkern wickeln, ist die magnetische Wirkung sogar noch stärker. Dann reicht sie schon dazu aus, schwerere Objekte wie Gabeln oder Löffel anzuziehen.

Elektromagnet Skizze mit Eisenkern

Und was sind nun die Unterschiede zu einem Permanentmagnet?


Elektromagnet – Vor- und Nachteile

Elektromagnete haben einige Vorteile, aber auch Nachteile gegenüber Permanentmagneten. Elektromagnete haben nur dann eine magnetische Wirkung, wenn durch sie ein Strom fließt. Wir können sie also ausschalten und das geht bei einem Permanentmagneten nicht. Andererseits kostet der Stromfluss auch Energie und das ist ein Nachteil, wenn wir Energie sparen möchten. Der Permanentmagnet ist immer magnetisch, ohne dass wir Energie aufbringen müssen. Ein anderer Vorteil von Elektromagneten ist, dass wir Nord- und Südpol vertauschen können, indem wir die Polung an der Energiequelle ändern, also plus und minus vertauschen. Außerdem können wir die Stärke des Magneten verändern: Wenn ein stärkerer Strom fließt, ist die magnetische Wirkung größer.

Du siehst also, dass ein Elektromagnet einige Vorteile hat, aber auch Nachteile.

Elektromagnet – Anwendungsbeispiel

Wir wollen uns noch anschauen, wo Elektromagnete im Alltag eingesetzt werden. Eine Anwendung hast du vielleicht schon einmal gesehen: Elektromagnete werden auf Schrottplätzen eingesetzt. Sie werden dazu benutzt, um zum Beispiel kaputte Autos von einer Stelle zu einer anderen zu transportieren. Der Elektromagnet eines Krans wird erst über das Auto bewegt und dann eingeschaltet. Dann hängt das Auto am Magneten, weil es metallisch ist. Der Kran kann das Auto bequem durch die Luft transportieren und, wenn es seinen Zielort erreicht hat, den Magnet einfach wieder ausschalten – das Auto fällt herunter.

Elektromagnet Beispiel

Dieses Video

Wie funktioniert eigentlich ein Elektromagnet? Und wie ist er aufgebaut? Diese Fragen werden dir in diesem Video beantwortet. Du erfährst außerdem, in welchen Bereichen Elektromagnete im Alltag benutzt werden. Text und Video werden durch interaktive Übungen zu diesem Thema ergänzt.

Transkript Elektromagnete – Aufbau und Funktion

Hallo und Willkommen! Heute möchte ich dir eine ganz besondere Art von Magnet vorstellen, den Elektromagneten. Wie der Name schon andeutet, hat er etwas mit elektrischem Strom zu tun. Hierüber solltest du dich im Vorfeld bereits informiert haben. Ich werde dir am Anfang des Videos erklären, wie man mit einfachen Mitteln einen Elektromagneten aufbauen kann.

Danach überlegen wir uns, wo eigentlich die Unterschiede zu einem herkömmlichen Permanentmagneten liegen und warum ein Elektromagnet ein paar große Vorteile bietet. Zum Schluss zeige ich dir, wo es im Alltag überall Elektromagnete gibt, und du wirst staunen, wo man die überall findet!

Bau eines Elektromagneten

Für den Bau eines einfachen Elektromagneten brauchen wir eigentlich nur zwei Dinge: Ein Stück Draht und eine Energiequelle. Als Energiequelle kann man z.B. eine Batterie nehmen, oder nutzt externe Spannungsquellen, wie ein regelbares Spannungsgerät.Die Spannung der Batterie sorgt für einen elektrischen Strom, der durch unseren angeschlossenen Draht fließt. Wie du ja vielleicht weißt, können elektrische Ströme magnetische Wirkungen zeigen, und so zum Beispiel Kompassnadeln ausrichten.

Die magnetische Wirkung des Drahtes hängt unter anderem vom Strom ab. Es gibt aber noch eine andere Möglichkeit, um die magnetische Kraft zu erhöhen: Man wickelt den Draht auf. So einen aufgewickelten Draht nennt man eine Spule. Und so eine Spule erzeugt eine sehr viel größere magnetische Wirkung als ein einzelner, gerader Draht.

Verstärken der magnetischen Wirkung

Die magnetische Wirkung einer kleinen stromdurchflossenen Spule kann sogar groß genug sein, um Nägel oder Büroklammern anzuziehen. Damit haben wir auch schon einen Magneten, der mit Hilfe von elektrischem Strom funktioniert, also einen Elektromagneten! Man kann die magnetische Wirkung von Elektromagneten sogar noch weiter verstärken, indem man den Draht der Spule um ein Stück Eisen wickelt. So ein Eisenkern macht unseren Elektromagneten viel stärker, so dass er schwerere Gegenstände anziehen kann.

Unterschied zum Permanentmagneten

Aber welche Vorteile hat nun einen Elektromagnet, wenn man auch einen Permanentmagneten nehmen kann? Zum Einen zeigt unser Elektromagnet nur eine magnetische Wirkung, so lange ein elektrischer Strom fließt. Fließt kein Strom, so hört die magnetische Wirkung auf. Das ist bei einem Permanentmagneten nicht möglich!

Die magnetischen Pole

Genauso wie ein Permanentmagnet hat auch ein Elektromagnet magnetische Pole. Also einen Nord- und einen Südpol. Wo sich diese Pole befinden, hängt allerdings von der Richtung ab, in die der Strom durch die Spule fließt. Wenn man also den Anschluss der Spule an den elektrischen Plus- und Minuspol der Batterie umdreht, so vertauschen sich auch Nord- und Südpol bei der Spule. Auch das ist bei einem Permanentmagneten nicht möglich!

Elektromagnete haben aber auch Nachteile. So benötigt der Elektromagnet permanent elektrische Energie, denn es muss immer ein Strom durch die Spule fließen. Ein Permanentmagnet hingegen ist magnetisch, ohne dass ständig Energie zugeführt werden muss!

Anwendungsbeispiele

Lass mich dir jetzt noch ein paar Anwendungsbeispiele für den Gebrauch von Elektromagneten geben. Das beste Beispiel liefert ein Lastenkran auf einem Autoschrottplatz. Dieser muss kaputte Autos von einer Stelle zu einer anderen transportieren, und dazu benutzt er einen Elektromagneten.

Da Autokarosserien aus Metall sind, werden sie vom Elektromagneten angezogen und der Kran hält das Auto. Nachdem der Kran das Wrack dann umher transportiert hat, kann er den Strom des Elektromagneten einfach abstellen, und das Auto fällt an den gewünschten Ort.

Als zweites findet man in vielen elektrischen Türklingeln kleine Elektromagnete. Die Klingel besteht aus einer Glocke und einem metallischen Schlägel. Unter dem Schlägel ist ein kleiner Elektromagnet befestigt, bei dem der Strom abwechselnd an und ab gestellt wird. Ist der Strom eingeschaltet, so zieht der Elektromagnet den Schlägel an. Dieser schlägt gegen die Glocke und es erklingt ein Ton. Wird der Strom ausgeschaltet, so begibt sich der Schlägel wieder in seine Ausgangsposition. Wenn dieser Vorgang schnell hintereinander geschieht, dann ertönt das bekannte Klingelgeräusch!

Zusammenfassung zu Elektromagneten

Dann wollen wir jetzt noch einmal zusammenfassen, was wir gerade gelernt haben: Für einen Elektromagneten brauchen wir eine Spule und eine Energiequelle. Also einen aufgewickelten Draht und zum Beispiel eine Batterie. Sie haben zwei sehr große Vorteile gegenüber Permanentmagenten.

Man kann die magnetische Wirkung ausschalten, indem man den Strom abstellt, und man kann die magnetischen Pole umkehren, indem man die Richtung des elektrischen Stroms umkehrt. Das macht Elektromagnete sehr vielseitig anwendbar, zum Beispiel in Lastenkränen und sogar in Türklingeln! Bau dir einfach mal selbst so einen Elektromagneten. Die Einzelteile dafür kannst du leicht beschaffen. Viel Spaß!

17 Kommentare

17 Kommentare
  1. 💛

    Von NAYEON, vor 2 Monaten
  2. Wow voll cool 🥰🥰🥰

    Von Rosie, vor 3 Monaten
  3. Hallo Julia 179,

    der schwarze Teil der Kompassnadel ist der Südpol und der rote Teil der Nordpol. Die Windrose des Kompasses ist aber nach den Himmelsrichtungen ausgerichtet, um die Ablenkung zu zeigen.

    Liebe Grüße aus der Redaktion.

    Von Karsten S., vor mehr als einem Jahr
  4. Vielleicht sind wir auch nicht clever genug, aber die Zusatzaufgabe (5) beim Elektromagneten ist falsch, oder aber das Video ist falsch: im Video ist der Nordpol dem Pluspol zugewand, in der Antwort auf Frage 5 ist es jedoch genau umgekehrt?

    Von Julia 179, vor mehr als einem Jahr
  5. Sehr gute Videos. Da können auch Erwachsene, die sich schon lange mit dem Thema beschäftigt haben, alles noch mal nachvollziehen.

    Von Lernfoerderung Aachen, vor mehr als 2 Jahren
Mehr Kommentare

Elektromagnete – Aufbau und Funktion Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Elektromagnete – Aufbau und Funktion kannst du es wiederholen und üben.
  • Beschrifte den Aufbau des Elektromagneten.

    Tipps

    Eine Spule ist ein aufgewickelter (Kupfer-)Draht.

    Lösung

    Um zu verstehen, was in einem Elektromagneten passiert, ist es wichtig zu wissen, woraus er besteht.

    In der Spule liegt ein Eisenkern. Durch die Spule fließt ein Strom, welcher von der Gleichspannungsquelle ausgeht.

    Der durch die Spule fließende Strom erzeugt ein elektrisches Feld, welches zu einer Magnetisierung des Eisenkerns führt.

  • Ordne die Eigenschaften den Magnettypen zu.

    Tipps

    Überlege dir, welche Eigenschaften mit Strom betriebene Geräte allgemein haben.

    Lösung

    Wann immer du mal einen Elektro- oder Permanentmagneten verwenden möchtest, musst du wissen, welche Eigenschaften sie haben.

    Permanentmagnete kennst du ja bereits. Sie sind, wie der Name schon sagt, permanent magnetisch. Ihre Polung ist im allgemeinen fest und lässt sich nur sehr schwer umpolen.

    Der Elektromagnet dagegen wird mit Gleichstrom betrieben. Wie alle Elektrogeräte lassen sie sich abschalten. Bei Gleichstrom ist es zudem möglich, die Polung zu ändern. Dies ändert dem Induktionsgesetz nach auch die Richtung des Magnetfelds.

  • Sortiere die Elektromagnete ihrer Effektivität nach ansteigend.

    Tipps

    Eine Spule hat mehr Windungen als ein Draht und damit eine größere Oberfläche.

    Lösung

    Falls du mal einen Elektromagneten bauen willst, geht das nur, wenn du weißt, wie ein Elektromagnet aussehen muss, damit er auch ein starkes Magnetfeld erzeugt.

    Völlig ohne Stromkreis fließt auch kein Strom und somit entsteht kein Magnetfeld.

    Der Draht erzeugt das schwächste Magnetfeld.

    Eine Spule ist ein gewickelter Draht und erzeugt durch die größere Oberfläche ein größeres Magnetfeld.

    Der Eisenkern verstärkt diese Wirkung, da er durch die Spule magnetisiert wird und ebenfalls ein Magnetfeld bildet.

  • Erkläre, wie eine elektrische Klingel funktioniert.

    Tipps

    Die Klingel klingelt, indem ein Schlägel an eine Glocke schlägt.

    Wird ein Schalter geschlossen, heißt das, dass Strom fließt. Ist er offen, fließt kein Strom.

    Lösung

    In einer Schulhofklingel steckt ein Elektromagnet. Aber auch in vielen anderen Alltagsgeräten stecken Elektromagnete. Daher ist es doch sicher spannend zu wissen, wie sie funktionieren.

    Der Schalter schaltet den Elektromagneten schnell ein und aus. Dadurch zieht er den Schlägel immer wieder an und lässt ihn los. Da dieser beim Anziehen an eine Glocke schlägt, klingelt es.

  • Bestimme, worin Elektromagnete enthalten sind.

    Tipps

    Ein Kühlschrankmagnet ist immer magnetisch.

    Der Lastenkrahn kann Metallschrott oder Autowracks anheben und fallen lassen.

    Lösung

    Hier geht es darum, was für Magnete denn überhaupt in welchen Gegenständen drin stecken. Manche davon kennst du ja sicher schon aus deinem Alltag.

    Der Kühlschrankmagnet ist ein Permanentmagnet, unter anderem da er auch ohne Stromzufuhr immer magnetisch ist. Genauso ist der Kompass ebenfalls eine Art Permanentmagnet, er ist ein magnetisiertes Stück Eisen.

    Der Lastenkrahn und die Klingel dagegen verwenden Elektromagnete, um z.B. Metallschrot anzuheben oder den Schlägel anzuziehen und zurückschnellen zu lassen, indem sie ihre Elektromagnete abschalten.

  • Gib die physikalisch korrekten Aufbauten an.

    Tipps

    Eine Kompassnadel ist ein magnetisiertes Stück Eisen. Du kannst sie also wie einen Stabmagneten betrachten.

    Du kannst die elektrische Polung der Spule wie eine Magnetfeldpolung betrachten.

    Du kannst also sagen: Da, wo der elektrische Pluspol ist, ist der magnetische Nordpol und umgekehrt.

    Wie richtet sich nun eine Kompassnadel in einem Magnetfeld aus?

    Lösung

    In welche Richtung richtet sich das Magnetfeld nun aus, wenn du eine bestimmte Stromflussrichtung wählst? Um vorherzusehen, welche Auswirkungen dein Magnetfeld auf ein Objekt hat, musst du es dir vorher in der Theorie überlegen.

    Man kann sich den Stromfluss der Spule wie ein fremdes Magnetfeld vorstellen, das in der Kompassnadel eine Magnetisierung induziert. Dabei wäre dann z.B. der elektrische Pluspol gleich dem magnetischen Nordpol und umgekehrt.

    Ist also der Pluspol + oben, so zeigt die Kompassnadel mit der Südseite nach oben. Ist der Minuspol - oben, so zeigt die Kompassnadel mit der Nordseite nach oben.

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