Permanentmagnete – was ist ein Magnet?

Permanentmagnete – was ist ein Magnet? Übung

• Gib Eigenschaften von Magneten an.

  Tipps

  Zwei Aussagen sind hier korrekt.

  Hier siehst du, wie sich zwei Magneten verhalten, die einander angenähert wurden.

  Es gibt keine magnetischen Monopole.

  Eine Münze können wir uns im Inneren so vorstellen. Magnetisierbare Stoffe bestehen aus kleinen Elementarmagneten, die sich nach einem anderen größeren Magneten ausrichten.

  Lösung

  Magneten kennst du aus deinem Alltag. Zum Beispiel hast du bestimmt Kühlschrankmagneten oder einen Kompass zu Hause. Solche Magneten haben folgende Eigenschaften:

  Die Magnetpole

  Jeder Magnet hat einen Nord- und einen Südpol.

  $\Rightarrow$ Die Aussage „Jeder Magnet hat einen Minuspol und einen Pluspol.“ ist falsch. Denn Minus- und Pluspol gibt es nur bei elektrischen Spannungsquellen. Bei einem Magneten sprechen wir hingegen von Nord- und Südpol.

  Polgesetze

  Gleichnamige Pole stoßen sich ab.
  Liegen sich also zwei Magneten mit ihren Nordpolen gegenüber, stoßen sie sich ab. Auch wenn sich die beiden Magneten mit ihren Südpolen gegenüberliegen, stoßen sie sich ab.
  Ungleichnamige Pole ziehen sich an.
  Liegen sich zwei Magneten mit einem Nordpol und einem Südpol gegenüber, ziehen sie sich an.

  $\Rightarrow$ Die Aussage „Gleichnamige Pole ziehen sich an und ungleichnamige Pole stoßen sich ab.“ ist somit falsch. Es ist genau umgekehrt.

  Keine magnetischen Monopole

  Es gibt keine magnetischen Monopole. Magneten haben immer einen Nordpol und einen Südpol.

  $\Rightarrow$ Die Aussage „Jeder Magnet hat genau zwei Pole.“ ist demnach richtig.

  Kraftwirkung

  Magneten haben eine magnetische Kraftwirkung auf magnetisierbare Stoffe. So wird zum Beispiel eine Münze von einem Magneten angezogen. Dabei ist es egal, ob wir die Münze dem Nord- oder dem Südpol nähern.

  $\Rightarrow$ Die Aussage „Sowohl der Nordpol als auch der Südpol hat eine magnetische Kraftwirkung auf magnetisierbare Stoffe.“ ist also richtig.

• Gib die Erklärungen des Verhaltens von Magneten mithilfe des Elementarmagnetmodells wieder.

  Tipps

  Das Innere der beiden Magnethälften kannst du dir so vorstellen.

  So kannst du dir das Innere der Münze vorstellen, wenn sie noch nicht in der Nähe des Magneten ist.

  Und so kannst du dir das Innere der Münze vorstellen, wenn sie sich in der Nähe des Magneten befindet.

  Lösung

  Um das Verhalten von Magneten zu erklären, vergegenwärtigen wir uns noch einmal die Eigenschaften von Magneten:

  • Jeder Magnet hat einen Nordpol und einen Südpol.
  • Gleichnamige Pole stoßen sich ab und ungleichnamige Pole ziehen sich an.
  • Es gibt keine magnetischen Monopole.
  • Magneten haben eine magnetische Kraftwirkung auf sich selbst und auf magnetisierbare Stoffe.

  
  Um das Verhalten von Magneten zu erklären, verwenden wir das Elementarmagnetmodell:

  Zersägen eines Magneten

  Wird ein Magnet in der Mitte durchgesägt, so bilden die beiden Hälften wiederum zwei Magneten. Das können wir damit erklären, dass sich innerhalb eines Magneten ganz viele kleine Elementarmagneten befinden, die alle in die gleiche Richtung orientiert sind. In den beiden Hälften des Permanentmagneten sind die Elementarmagneten immer noch wie zuvor ausgerichtet. Jede Hälfte hat somit ihren eigenen Nord- und Südpol und bildet damit einen Magneten.

  Annäherung einer Münze

  Nähern wir eine Münze einem Magneten, so wird diese von ihm angezogen. Das können wir erklären, indem wir uns vorstellen, dass sich im Inneren der Münze ebenfalls ganz viele kleine Elementarmagneten befinden. Diese sind in alle möglichen Richtungen orientiert und heben sich in ihrer Wirkung gegenseitig auf. Daher ist die Münze auch kein Magnet. Nähern wir die Münze jedoch dem Magneten, wirkt die magnetische Kraft des Magneten auf die Elementarmagneten, und diese richten sich alle in eine Richtung aus. Nähern wir die Münze dem Nordpol des Magneten, richten sich die Elementarmagnete beispielsweise alle so aus, dass ihr Südpol zu dem Nordpol des Permanentmagneten zeigt. Die Münze wurde somit magnetisiert und wird angezogen. Wird der Magnet wieder entfernt, verliert die Münze ihre Magnetisierung und die Elementarmagneten sind wieder in alle möglichen Richtungen orientiert.

• Entscheide, welche Handlungen beim Umgang mit einem Kompass vermieden werden sollten.

  Tipps

  Ein Kompass beinhaltet einen Magneten.

  Durch starke Erschütterungen kann ein Permanentmagnet entmagnetisiert werden.

  Lösung

  Ein Kompass beinhaltet einen Magneten. Dieser richtet sich entsprechend des Erdmagnetfeldes aus. Auch wenn es sich bei dem Kompass um einen Permanentmagneten handelt, kann dieser entmagnetisiert werden.

  Folgende Handlungen könnten den Kompass entmagnetisieren und ihn damit kaputt machen:

  • starke Erschütterung durch häufiges Werfen auf den Boden
  • starke Erhitzung des Kompasses

  Folgende Handlungen haben hingegen keine Auswirkungen auf die Funktionalität des Kompasses:

  • im Dunkeln lagern
  • häufiges Drehen

• Erkläre das Verhalten der Büroklammern am Magneten.

  Tipps

  Eine Büroklammer ist ein magnetisierbarer Gegenstand.

  Stelle dir zunächst vor, dass sich nur eine Büroklammer dem Magneten nähert: Was passiert?

  Lösung

  Wir betrachten zunächst, was passiert, wenn wir eine einzelne Büroklammer dem Magneten nähern:

  Eine Büroklammer ist ein magnetisierbarer Gegenstand. Sie ist also magnetisch weich. Darum können wir uns vorstellen, dass sich in ihrem Inneren ganz viele kleine Elementarmagneten befinden, die in alle möglichen Richtungen orientiert sind. Sie heben sich in ihrer Wirkung gegenseitig auf. Deswegen ist die Büroklammer auch kein Magnet.

  Nähern wir eine einzelne Büroklammer dem Magneten, wirkt die magnetische Kraft des Magneten auf die Elementarmagneten: Diese richten sich alle so aus, dass ihr Nordpol zu dem Südpol des Permanentmagneten zeigt. Die Büroklammer wurde somit magnetisiert und ist nun selbst ein Magnet. Sie wird daher auch von dem Magneten angezogen. Da die Büroklammer jetzt selbst ein Magnet ist, hat sie ebenfalls eine magnetische Wirkung.

  Nähern wir anschließend eine zweite Büroklammer, so geschieht das Gleiche:

  Die Elementarmagneten im Inneren der Büroklammer richten sich alle in eine Richtung aus. Sie wird also von der ersten Büroklammer angezogen.

  Auch die dritte Büroklammer wird bei Annäherung magnetisiert und folglich angezogen. Solange die Büroklammern an dem Magneten sind, sind sie also selbst ebenfalls Magneten (siehe Abbildung). Wird der Magnet jedoch entfernt, verlieren die Büroklammern ihre Magnetisierung und die Elementarmagneten sind wieder in alle möglichen Richtungen orientiert.

  So sind die Sätze korrekt zusammengefügt:

  • Nähern wir eine einzelne Büroklammer dem Magneten, wirkt die magnetische Kraft des Magneten auf die Elementarmagneten in der Büroklammer.
  • Die Elementarmagneten richten sich alle so aus, dass ihr Nordpol zu dem Südpol des Permanentmagneten zeigt.
  • Die Büroklammer ist nun selbst ein Magnet und wird daher auch von dem Magneten angezogen.
  • Nähern wir anschließend eine zweite Büroklammer, so geschieht das Gleiche.
  • Die Elementarmagneten im Inneren der Büroklammer richten sich alle in eine Richtung aus und werden somit von der ersten Büroklammer angezogen.
  • Auch die dritte Büroklammer wird bei Annäherung magnetisiert und folglich angezogen.

• Gib an, welche Gegenstände von einem Magneten angezogen werden und welche nicht.

  Tipps

  Magneten haben eine magnetische Kraftwirkung aufeinander und auf magnetisierbare Stoffe.

  Du kannst die Aufgabe lösen, indem du es selbst ausprobierst: Verwende zum Beispiel einen Kühlschrankmagneten und nähere ihn den entsprechenden Gegenständen.

  Lösung

  Magneten kennst du aus deinem Alltag, beispielsweise Kühlschrankmagneten an einem Kühlschrank. Sicherlich hast du selbst schon einmal mit solchen Magneten experimentiert.

  Magneten haben eine magnetische Kraftwirkung aufeinander und auf magnetisierbare Stoffe. Magnetisierbare Stoffe können wir uns im Inneren so vorstellen, dass diese selbst aus ganz vielen kleinen Elementarmagneten bestehen. Nähern wir ihnen einen Magneten an, richten sich die Elementarmagneten aus und der Stoff wird angezogen. Nicht magnetisierbare Stoffe hingegen haben keine solchen Elementarmagneten in ihrem Inneren und werden daher nicht angezogen.

  Aus deiner persönlichen Erfahrung kannst du sicher die meisten Gegenstände schon richtig zuordnen. Probiere es auch gern noch einmal mit einem Magneten aus.

  Folgende Gegenstände werden angezogen:

  • Münze
  • Büroklammer
  • Hufeisenmagnet

  Folgende Gegenstände werden nicht angezogen:

  • Holz
  • Plastiktüte
  • Papier
  • Apfel

• Beschreibe, wie du herausfinden kannst, ob der Stab ein Magnet oder ein Eisenstab ist.

  Tipps

  Überlege dir zuerst, wie das Innere eines Magneten und wie das Innere eines Eisenstabes im Elementarmagnetmodell aussieht.

  Erinnere dich an die Polgesetze: Ungleichnamige Pole ziehen sich an, gleichnamige Pole stoßen sich ab.

  Lösung

  Wir beschreiben zunächst den Eisenstab und den Magneten mithilfe des Elementarmagnetmodells:

  Der Eisenstab

  Ein Eisenstab ist ein magnetisch weicher Stoff. Er ist magnetisierbar. Das Elementarmagnetmodell besagt, dass sich im Inneren des Stabes ganz viele kleine Elementarmagneten befinden. Diese sind in alle möglichen Richtungen orientiert und heben sich in ihrer Wirkung gegenseitig auf.

  Der Magnet

  Ein Magnet ist ein magnetisch harter Stoff. Nach dem Elementarmagnetmodell befinden sich in ihm ganz viele kleine Elementarmagneten, die alle in die gleiche Richtung orientiert sind.

  
  

  Zur Untersuchung des vorliegenden Stabes halten wir unseren Magneten zuerst mit dem Nordpol und dann mit dem Südpol jeweils an das gleiche Ende des Stabes:

  Ist der Stab ein Magnet, wird er einmal angezogen und einmal abgestoßen.
  Dies liegt an den Polgesetzen: Ungleichnamige Pole ziehen sich an und gleichnamige Pole stoßen sich ab. Da wir den Stab in beiden Fällen an das gleiche Ende halten, müssen die Pole einmal gleichnamig und einmal ungleichnamig sein. Es muss also einmal zur Abstoßung und einmal zur Anziehung kommen.

  Ist der Stab ein Eisenstab, wird er in beiden Fällen angezogen.
  Das lässt sich mithilfe der Elementarmagneten erklären. Denn diese richten sich bei Annäherung des Magneten alle in eine Richtung aus: In einem Fall so, dass ihr Nordpol zu dem Südpol des Permanentmagneten zeigt, und in dem anderen Fall so, dass ihr Südpol zu dem Nordpol des Permanentmagneten zeigt. In beiden Fällen wird der Stab vom Magneten angezogen.