Magnete im Alltag

Magnete im Alltag Übung

• Nenne die fachliche Bezeichnung von durch Magneten beeinflussbaren Stoffen.

  Tipps

  Es sind vor allem reine Metalle magnetisch. Der Fachbegriff hängt, ins Deutsche übersetzt, eng mit einem magnetischen Stoff zusammen.

  Eisen wird im Periodensystem mit $Fe$ bezeichnet. Der Fachbegriff für magnetische Stoffe hängt damit zusammen.

  „Ferrum“ kommt aus dem Lateinischen und heißt Eisen.

  Lösung

  Dauermagneten und magnetische Stoffe bestehen aus demselben Material und können ineinander umgewandelt werden.

  Es kann nicht jeder Stoff ein Magnet sein und dementsprechend sind auch nicht alle Stoffe magnetisch. Magnetisch sind nur die Stoffe, die von einem Magneten angezogen werden.

  Es sind reine Metalle wie Eisen, Cobalt und Nickel magnetisch. Nach ersterem, der bekannteste magnetische Stoff, ist auch der Fachbegriff benannt.

  Eisen heißt im lateinischen Ferrum. Deswegen werden magnetische Stoffe ferromagnetische Stoffe genannt.

  Heutzutage gibt es auch Super-Permanentmagneten aus Metallgemischen (Legierungen). Gerade die Neodym-Magnete besitzen ein sehr starkes Magnetfeld.

  Das im Video gezeigte kupferfarbene Cent-Stück besitzt einen massiven Eisenkern, da sonst der Materialwert der Münze den Wert der Münze übersteigen würde. Die Herstellungskosten der 1-Cent-Münze sind heute schon 1,5 mal so teuer als der Gegenwert der Münze.

  Wegen dieser Kostensenkung sind die „Kupfermünzen“ in der Eurozone magnetisch.

• Gib die Begriffe, die im Zusammenhang mit Magneten auftreten, an

  Tipps

  Es wird nicht jeder Stoff von einem Magneten beeinflusst. Dies gilt nur für die Stoffe, aus denen ein Magnet auch selber bestehen kann. Wie werden diese Stoffe genannt?

  Ein Magnet kann magnetisiert und entmagnetisiert werden. Dazu sind aber äußere Einflüsse notwendig. Wie könnte ein Magnet genannt werden, der seine magnetische Wirkung nicht von alleine verliert?

  Mithilfe der Vorstellung von Elementarmagneten kann der Unterschied zwischen magnetisierten und entmagnetisierten ferromagnetischen Stoffen erklärt werden.

  Lösung

  Es wird nicht jeder Stoff von einem Magneten beeinflusst. Dies gilt nur für die Stoffe, aus denen ein Magnet auch selbst bestehen kann.
  Diese Stoffe werden ferromagnetische Stoffe genannt und dazu gehören zum Beispiel Eisen, Nickel und Cobalt.

  Aus einem unmagnetischen ferromagnetischen Stoff kann ein Magnet werden. Dazu muss dieser magnetisiert werden. Dies ist möglich, indem du mit einem Magneten an ihm entlangstreichst.
  Da der Stoff dabei nicht direkt berührt werden muss, wird dies auch magnetische Influenz genannt.

  Was dabei passiert, kann mit dem Modell der Elementarmagnete erklärt werden. Dabei befinden sich viele kleine Elementarmagnete in ferromagnetischen Stoffen.
  In unmagnetisierten Stoffen sind diese ungeordnet und bei der Magnetisierung richten sie sich aus. Sie sind dann geordnet.

  Ohne äußere Einwirkung kann sich ein Magnet auch entmagnetisieren. Er ist also dauerhaft magnetisiert und wird deswegen Dauermagnet oder auch Permanentmagnet genannt.

• Erkläre das Modell der Elementarmagnete.

  Tipps

  Ein Dauermagnet kann nicht aus allen Materialien bestehen. Es kommen nur solche Metalle in Frage, die auch von Magneten angezogen werden. Diese werden ferromagnetische Materialien genannt.

  Wenn jeweils zwei Elementarmagnete in gegensätzliche Richtungen gedreht sind, dann heben sich ihre Kräfte gegenseitig auf. Handelt es sich dann insgesamt um einen Magneten und was passiert, wenn alle Elementarmagneten ungeordnet sind?

  Ein Dauermagnet ist dauerhaft magnetisch, außer er wird mit besonderem Aufwand entmagnetisiert. Müssen die Elementarmagnete dann dauerhaft oder zeitweise ausgerichtet sein?

  Lösung

  Ein Dauermagnet kann nur aus ferromagnetischen Materialien bestehen und übt auch nur auf diese eine magnetische Kraft aus.
  Es kann sich also nur um Metalle, wie Eisen, Cobalt, Nickel und bestimmte Legierungen handeln.

  Dabei wird sich beim Modell der Elementarmagneten vorgestellt, dass in einem solchen Stoff viele kleine Magneten existieren, die auch nicht verschwinden können.

  Wenn sich zwei Elementarmagneten in genau entgegengesetzter Richtung gegenüberstehen, dann heben sich ihre Wirkungen auf. Genau dasselbe passiert bei einem nicht magnetischen, ferromagnetischen Material.
  Die Kräfte der Elementarmagneten heben sich insgesamt auf. Das kommt dadurch zustande, dass die Elementarmagneten ungeordnet sind.

  Bei einem Dauermagneten heben sich die Kräfte nicht auf. Damit das nicht passiert, müssen alle Elementarmagneten gleich ausgerichtet sein. Sie sind dann geordnet.

• Erkläre, wie ein unmagnetisierter ferromagnetischer Stoff zu einem Magneten gemacht werden kann.

  Tipps

  Betrachte das Modell der Elementarmagnete. In einem unmagnetisierten, ferromagnetischen Stoff sind diese durcheinander. Wie ist es bei einem Magneten?

  In einem Magneten sind die Elementarmagnete geordnet. Wodurch können Magnete, auch die Elementarmagnete, dazu bewegt werden, sich geordnet in eine bestimmte Richtung zu drehen?

  Magneten ziehen sich gegenseitig an oder stoßen sich ab. Wenn einer der Magneten nur drehbar ist, kann er dann ohne Berührung mit dem anderen gedreht werden?

  Lösung

  Um zu verstehen, wie aus einem unmagnetischen ferromagnetischen Material ein Dauermagnet wird, betrachten wir das Modell der Elementarmagnete.

  Zuerst sind diese ungeordnet. Ziel ist es, sie in einen geordneten Zustand zu versetzen. Denn dann erhält das Material eine magnetische Wirkung, ist also zu einem Dauermagneten geworden.

  Durch Erschütterungen oder Hitze können die Elementarmagneten zwar gedreht werden, jedoch nicht kontrolliert. Es ist äußerst unwahrscheinlich, dass sich auf diese Art eine Ordnung herstellt, in der die gleichen Pole in dieselbe Richtung zeigen.

  Die Elementarmagneten können aber auch durch einen weiteren Dauermagneten beeinflusst werden. Magneten ziehen sich an oder stoßen sich ab, je nachdem, ob die Pole ungleichnamig oder gleichnamig sind.

  Wird ein Dauermagnet mehrfach nah am ferromagnetischen Material entlang gezogen, dann drehen sich die Elementarmagneten alle in eine Richtung.
  Das Material wurde magnetisiert.

• Beschreibe die wichtigsten Eigenschaften eines Magneten.

  Tipps

  Wird jedes Material durch einen Magneten angezogen oder abgestoßen oder beschränkt sich das auf bestimmte Materialien?

  Dauermagnete bestehen selber aus ferromagnetischen Stoffen wie Eisen. Kann dann jeder ferromagnetische Stoff magnetisiert werden und wie geht das?

  Wie verhalten sich Magnete, wenn du zwei gleichnamige oder ungleichnamige Pole aneinander halten willst? Ist eins von beidem anstrengender und warum?

  Lösung

  Dauermagnete beeinflussen manche andere Körper, aber nicht alle. Das kannst du selber leicht ausprobieren.
  Dazu musst du nur einen Magneten an andere Körper halten und gucken ob er sie anzieht oder abstößt oder nichts von beidem.
  Der Dauermagnet beeinflusst nur Körper, die aus ferromagnetischen Materialien bestehen. Ein Magnet selbst besteht ebenfalls aus einem ferromagnetischen Material.
  Deswegen stoßen Magneten sich ab oder ziehen sich an.

  Wenn du zwei gleichnamige Pole aneinander halten willst, dann geht das sehr schwer. Die Magnete stoßen sich ab.
  Wenn du zwei ungleichnamige Pole aneinander halten willst, dann geht das ganz von alleine. Die Magnete ziehen sich an.

  Ein Dauermagnet ist irgendwann zu einem Dauermagneten geworden. Das heißt, ein ferromagnetischer Stoff kann magnetisiert werden.
  Dazu kannst du zum Beispiel mit einem Magneten immer wieder in derselben Richtung an dem Stoff entlangstreichen.

• Erkläre, was passiert, wenn ein ferromagnetischer Stoff einem Magneten angenähert wird.

  Tipps

  Wann sind die Elementarmagnete geordnet, wann ungeordnet? Was sagt das über die magnetische Kraft eines Körpers aus?

  Du führst einen Magneten an einen drehbar befestigten Magneten heran oder dran vorbei. Was passiert?

  Gleichnamige Pole stoßen sich ab, ungleichnamige Pole ziehen sich an.

  Lösung

  Nach dem Modell der Elementarmagnete befinden sich in jedem ferromagnetischen Stoff viele kleine, nicht sichtbare Magnete.
  Diese sind an einem festen Ort platziert, können sich aber um ihren Mittelpunkt drehen

  So können unmagnetische, ferromagnetische Materialien und Magnete unterschieden werden:

  • In Magneten sind die Elementarmagnete ausgerichtet, also geordnet.
  • In unmagnetischen, ferromagnetischen Materialien sind sie ungeordnet.

  Von Magneten wirken magnetische Kräfte auf ferromagnetische Materialien. Es wirken also auch Kräfte zwischen zwei Magneten.
  Dabei kommt es darauf an, welche Magnetpole zueinander zeigen.
  Es gilt die Regel:

  • Gleichnamige Pole stoßen sich ab.
  • Ungleichnamige Pole ziehen sich an.

  Wenn ein Magnet an einen drehbaren Magneten herangeführt wird, dann führt dies aufgrund der genannten Regeln zu einer Drehung. Dabei ist es egal, welcher Pol zum Magneten zeigt, dies ändert nur die Drehrichtung.

  Wenn ein Magnet an einen unmagnetischen, ferromagnetischen Stoff herangeführt wird, passiert dasselbe mit den Elementarmagneten. Diese drehen sich.
  Wird dieser Vorgang mehrmals wiederholt, dann drehen sich nach und nach alle Magneten in dieselbe Richtung. Sie werden ausgerichtet.