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Feldlinienmodell magnetischer Felder 07:18 min

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Transkript Feldlinienmodell magnetischer Felder

Willkommen zu Physik. An vielen Kühlschränken hängen Magnete und halten Fotos, Einkaufslisten und Notizzettel fest. Vielleicht weißt du schon einiges über solche Magnete oder hast schon mal etwas von einem magnetischen Feld gehört. Oder von einer Modellvorstellung dazu? Nein? Dann pass gut auf. Ich zeige dir, was das ist. Dazu wiederholen wir zuerst die grundlegenden Eigenschaften von Magneten. Im Anschluss erkläre ich dir das Feldlinienmodell und wie man damit magnetische Felder darstellt. Und der dritte Abschnitt befasst sich mit dem Eisenspanexperiment. Aber beginnen wir am Anfang. Magnete besitzen zwei Pole, einen Südpol und einen Nordpol. Hält man zwei Magnete nebeneinander, so wirken Kräfte zwischen ihnen. Unterschiedliche Pole ziehen sich dabei an, gleich Pole stoßen sich ab. Die Bildung solcher Pole kann man durch die Existenz von Elementarmagneten erklären. Ein Magnet besteht demnach aus vielen kleinen Magneten, die alle einen Nord- und einen Südpol haben und gemeinsam einen großen Permanentmagneten bilden. Aber nicht nur Permanentmagnete können magnetische Kräfte hervorrufen. Auch elektrische Ströme können magnetische Kräfte erzeugen. So richtet sich eine magnetische Kompassnadel aus, wenn man sie zum Beispiel in die Nähe eines stromdurchflossenen Leiters hält. Wie aber spürt eine Kompassnadel, dass sie sich in der Nähe eines Magneten befindet? Um das zu verstehen, nehmen wir uns einen Permanentmagneten. Um ihn herum befindet sich ein magnetisches Feld. Dieses Feld sorgt dafür, dass andere Magnete angezogen oder abgestoßen werden. Es erzeugt also magnetische Kräfte. In der Physik gibt es ein schönes Modell, mit dem man magnetische Felder darstellen kann, das Feldlinienmodell. Die Feldlinien beschreiben dabei wichtige Eigenschaften des Magnetfeldes. Die Richtung der Feldlinien wird mit kleinen Pfeilen angedeutet. Die verlaufen stets vom Nordpol zum Südpol. Hält man eine Kompassnadel in das Magnetfeld, so richtet sie sich aus. Der Nordpol der Nadel zeigt dann genau entlang der Feldlinie zum Südpol. Die Feldlinien beschreiben also die Richtung der Kraftwirkung in jedem Punkt des Feldes. Man kann mit solchen Feldlinien auch die Stärke des magnetischen Feldes darstellen. Je dichter die Feldlinien aneinander liegen, desto größer ist die Kraftwirkung des Feldes. An den Polen ist die Kraftwirkung am größten. Deshalb liegen die Feldlinien dort sehr dicht beisammen. Eine Eigenschaft will ich dir noch zeigen: Die magnetischen Feldlinien sind eigentlich geschlossene Kreise. Die haben also keinen Anfang und kein Ende. Das bedeutet, dass sie durch den Magneten hindurchlaufen. Der Teil der Feldlinien, der sich innerhalb des Magneten befindet, wird aber auf Zeichnungen oft weggelassen. Im Vergleich zum Stabmagneten siehst du hier noch das Feldlinienbild eines Hufeisenmagneten. Die Feldlinien laufen wieder vom Nord- zum Südpol und man erkennt deutlich die Richtung und Dichte des Feldes. Beachte aber, dass die Feldlinien nur ein Modell sind. Sie existieren nicht wirklich. Sie sollen uns nur das Aussehen eines magnetischen Feldes veranschaulichen und uns helfen, seine Eigenschaften zu verstehen. Zu diesen Eigenschaften gehört zum Beispiel die magnetische Influenz. Das ist der Fachbegriff für das Magnetisieren von Stoffen. Hält man ein Stück Eisen in ein Magnetfeld, so richten sich dessen Elementarmagnete im Magnetfeld aus. Vorher waren die Elementarmagnete ungeordnet. Doch im Magnetfeld drehen und orientieren sie sich nun um. Die Feldlinien zeigen uns dabei wieder, wie genau das geschieht. Kommen wir nun noch zum Eisenspanexperiment. Normalerweise kann man magnetische Felder nicht sehen. Aber mit diesem kleinen Experiment kann man es doch ein wenig darstellen. Dazu nehmen wir uns einen Stabmagneten und fein abgeriebene Eisenspäne. Streut man diese nun vorsichtig um den Magneten herum und wackelt etwas an der Tischplatte, dann richten sich die Späne aus. Genau, wie es die Kompassnadel vorhin getan hat. Die Eisenspäne reihen sich in Ketten aneinander und legen sich entlang dem magnetischen Feld. Das resultierende Bild stimmt ziemlich gut mit unserem Feldlinienmodell überein. Denkt aber daran, dass es sich bei den Feldlinien trotzdem nur um ein Modell handelt. Die Eisenspäne legen sich nur entlang solcher Linien, weil die Eisenspäne selbst kleine langgezogene Stäbe sind. Super. Fassen wir mal zusammen, was wir jetzt alles gelernt haben: Magnete sind von einem magnetischen Feld umgeben. Wir nutzen das Feldlinienmodell, um solche Felder zu veranschaulichen. Die Feldlinien zeigen dabei vom Nord- zum Südpol. Und je dichter die Feldlinien zusammen sind, desto größer ist die Kraftwirkung. Man darf aber nicht vergessen, dass diese Feldlinien nicht wirklich existieren, sondern nur ein Modell sind. Dass dieses Modell aber recht gut ist, zeigt uns das Eisenspanexperiment. Echt unglaublich, was so alles in einem Magneten steckt. Du kannst das auch selbst ausprobieren. Nimm dir einen Kühlschrankmagneten und eine aufgehängte Büroklammer und teste aus, wo und wie das Magnetfeld wirkt. Viel Spaß dabei. Tschüss.

14 Kommentare
  1. Hallo Caro.02,
    das hat man einfach festgelegt. Außerhalb eines Magneten immer von Nord nach Süd und innerhalb des Magneten immer von Süd nach Nord.

    Liebe Grüße aus der Redaktion.

    Von Karsten Schedemann, vor 6 Monaten
  2. Super hilfreich

    Von Julien G., vor 6 Monaten
  3. Warum verlaufen magnetische Feldlinien vom Nord- zum Südpol? Liegt das daran, dass die Richtung der Feldlinien der Richtung, in der sich ein Probenordpol bewegen würde, entspricht?

    Von Caro.02, vor 6 Monaten
  4. super hilfreich!!!!

    Von Leonardo Morelli, vor 8 Monaten
  5. tolle vidios

    Von Omgypsies, vor etwa einem Jahr
  1. Das Experiment war echt cool !

    Von Luis H., vor etwa 2 Jahren
  2. danke gutes video

    Von Christopher S., vor mehr als 3 Jahren
  3. @Hamiyet

    die Antwort würdest du in diesem Video finden:
    http://www.sofatutor.com/physik/videos/felder-im-vergleich

    Wenn sich Ladungen bewegen, werden sowohl ein elektrisches wie auch ein magnetisches Feld bewirkt. Aber es gibt viele Unterschiede. So wirkt die Feldkraft in einem elektrischen Feld, bereits, sobald sich geladene Teilchen im Feld aufhalten. Während im Magnetfeld die Feldkraft nur auf geladene Teilchen wirkt die sich auch bewegen. Auch wirkt die Feldkraft beim E- Feld immer parallel zum Feld, während diese nach der 3-Finger-Regel im Magnetfeld immer senkrecht zu diesem wirkt. Es gibt noch viele weitere Unterschiede.

    Von Karsten Schedemann, vor fast 4 Jahren
  4. Was ist der Unterschied zum elektrischen Feld ?

    Von Hamiyet Homeideen, vor fast 4 Jahren
  5. Danke, deine videos sind die besten in physik!

    Von Fhoffmann1, vor fast 4 Jahren
  6. das war sehr gut

    Von Aatefi616, vor mehr als 4 Jahren
  7. danke

    Von Aatefi616, vor mehr als 4 Jahren
  8. Super Video

    Von Jwseo2002, vor mehr als 4 Jahren
  9. Super Video! Toll erklärt!

    Von Ps2001, vor fast 5 Jahren
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Feldlinienmodell magnetischer Felder Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Feldlinienmodell magnetischer Felder kannst du es wiederholen und üben.

  • Gib an, was magnetische Kräfte erzeugt.

    Tipps

    Es gibt Stoffe, die zwar durch Magnetfelder magnetische Eigenschaften bekommen können, aber im Allgemeinen nicht magnetisch sind.

    Lösung

    Du kennst bereits den Nutzen von Magneten, z.B. zur Befestigung oder als Spielzeug.

    Meistens sind diese Magnete Permanentmagnete. Zerschneidet man einen Permanentmagneten, so haben auch die zerschnittenen Teile 2 Pole. Zerschneidet man diese Teile wieder und wieder, kommt man zum Modell der Elementarmagnete. Diese haben wie alle größeren Teile auch 2 Pole und sind magnetisch. Ein Permanentmagnet besteht also aus vielen kleinen Elementarmagneten.

    Aber auch elektrische Ströme können magnetische Felder erzeugen. Sie magnetisieren Metalle wie z.B. Eisen. Das nennt man Induktion.

    Von sich aus sind Objekte aus Eisen nicht magnetisch, aber sie können durch elektrische oder magnetische Felder magnetisiert werden. Deshalb sind Eisenspäne und Kühlschränke an sich keine Magnete, können aber auch magnetisiert werden.

  • Bestimme das Verhalten der Magnete.

    Tipps

    Gleiche Pole sind Nord an Nord oder Süd an Süd.

    Lösung

    Bestimmt weißt du schon, dass es wichtig ist, welche Seiten eines Magnetes man aneinanderführen muss, um eine Anziehung oder Abstoßung zu erreichen.

    Damit sich zwei Magnete anziehen, müssen sie an unterschiedlichen Polen aneinander gehalten werden. Also Nord an Süd oder Süd an Nord.

    Damit sich zwei Magnete abstoßen, muss man zwei gleiche Pole aneinander halten. Also Nord an Nord, oder Süd an Süd.

  • Bestimme wieso der Nagel steht.

    Tipps

    Influenz bedeutet, dass das Magnetfeld des Stabmagneten die Elementarmagnete ausrichtet.

    Überlege, in welche Richtung ein Elementarmagnet (oder eine Kompassnadel) sich ausrichtet, wenn er sich in einem Magnetfeld befindet.

    Überlege, wie die Elementarmagnete im Nagel ausgerichtet sein müssen, damit sie am Nordpol des Stabmagneten eine Anziehung oder Abstoßung verursachen.

    Lösung

    Ein Nagel der einfach steht, sieht doch schon nach einer tollen Idee für einen Zaubertrick aus, oder? Aber dahinter steckt natürlich wie immer die Physik.

    Das Magnetfeld der Stabmagneten richtet die Elementarmagnete im Nagel so aus, dass im Nagelkopf ein Südpol und in der Nadelspitze ein Nordpol entsteht. Das nennt man Influenz. Das Magnetfeld setzt sich also im Nagel fort.

    Daher wird der Nagel immer vom Magneten angezogen, wenn er nicht vorher stark magnetisiert wurde. Dadurch ist es aber auch unmöglich, auf diese Weise einen Nagel ins Holz zu drücken.

    Im richtigen Abstand wird der Nagel dann gerade genug angezogen, um zu stehen.

  • Gib an, woraus ein Permanentmagnet besteht.

    Tipps

    Letztendlich soll es ein „großer" Magnet sein. Überlege also, ob es dann sinnvoll ist, wenn die Elementarmagnete durcheinander oder entgegengesetzt magnetisiert sind.

    Lösung

    Wie du vielleicht weißt, haben Permanentmagnete zwei Pole.

    Zerschneidet man einen solchen Magnet, so haben diese Teile ebenfalls 2 Pole und sind magnetisch. Zerschneidet man diese wieder und wieder, so kommt man zu den Elementarmagneten.

    Das heißt, auch Elementarmagnete sind magnetisch und haben 2 Pole: einen Nord- und einen Südpol. Fügt man diese Elementarmagnete wieder zusammen, so wird aus ihnen wieder ein größerer Permanentmagnet. Damit sich diese Elementarmagnete aber nicht abstoßen, müssen sie alle gleich ausgerichtet sein.

  • Wende das Feldlinienmodell an.

    Tipps

    In welche Richtung müssen die Feldlinien zeigen?

    Der Nordpol wird meist rot und der Südpol grün oder blau eingefärbt.

    Lösung

    Zu wissen, in welche Richtungen und in welchen Formen Magnetfelder verlaufen, ist wichtig, um zu wissen, wo ein Magnetfeld wie stark ist und in welche Richtung z.B. ein Kompass zeigen würde.

    Mit dem Feldlinienmodell sollen die unsichtbaren Magnetfelder dargestellt werden. Diese haben vier Eigenschaften:

    • Feldlinien schneiden sich nie.
    • Feldlinien sind geschlossene Kreise.
    • Feldlinien werden als Pfeile dargestellt.
    • Feldlinien verlaufen immer von N nach S.
  • Nenne die Beobachtung und Erklärung zum Eisenspanexperiment.

    Tipps

    Eisenspäne bestehen im Grunde aus kleinen, stäbchenförmigen Eisenstücken.

    Lösung

    Dieses Experiment dient dazu, das Magnetfeld besser zu verstehen.

    Wenn du dir die Eisenspäne wie viele kleine Kompassnadeln vorstellst, dann siehst du, an welchem Ort im Magnetfeld sich die Nadel wie ausrichten würde.

    Da die Späne fein genug sind, kann man den Verlauf des Magnetfelds erkennen. Aus diesem Bild entstand dann das Feldlinienmodell.