Permanentmagnete – Was ist ein Magnet?

Jennifer hat auf dem Dachboden eines alten Hauses einen verschlossenen Koffer entdeckt. Hmmm, der Schlüssel muss doch hier irgendwo sein. Alles zu durchsuchen würde Stunden dauern. Moment mal! Mit einem starken Magneten müsste es gehen! Aber was genau ist eigentlich ein „Magnet“? Du erfährst es in diesem Video! Magnete begegnen uns in vielen Bereichen des Alltags. Du kennst sie vielleicht aus eurer Küche oder von einem Kompass. Magnete sind aber auch wichtiger Bestandteil vieler elektrischer Geräte, wie zum Beispiel von Lautsprechern oder Windkraftanlagen, auch wenn man sie dort nicht direkt sieht. Es gibt verschiedene Bauformen von Magneten, aber sie alle haben ähnliche Eigenschaften. Jeder Magnet hat einen „Nord-“ und einen „Südpol“, die in Zeichnungen meist in rot und grün dargestellt werden. Wenn wir zwei Magnete nahe zueinander bringen, üben sie eine Kraft aufeinander aus. Die Richtung der Kraft hängt von der Stellung der Magnete zueinander ab. Liegen sich gleichnamige Pole, also Süd und Süd oder Nord und Nord, gegenüber, stoßen diese sich ab. Sind die Magnete so orientiert, dass sich ungleichnamige Pole gegenüberliegen, ziehen sie sich an. Das ist das „Polgesetz“. Mit dieser Grundlage schauen wir uns die folgende Situation an. Zwei Stabmagnete liegen sich mit ihren Nordpolen gegenüber, sodass sie sich abstoßen würden. Nun sägen wir einen der Magnete genau in der Mitte durch und entfernen die linke Hälfte. Was glaubst du, was dann passiert? Wird die zweite Hälfte „angezogen“ oder „abgestoßen“? Die Hälfte wird abgestoßen! Das liegt daran, dass Magnete immer einen Nord- und einen Südpol haben - einzelne Pole existieren nicht. Aber warum? Wie kann sich ein Süd- in einen Nordpol verwandeln? Das können wir verstehen, wenn wir uns den Magnet genauer anschauen. Sein Inneres können wir uns als mit vielen „Elementarmagneten“ gefüllt vorstellen, die alle in die gleiche Richtung orientiert sind. Jeder einzelne ist ein mikroskopisch kleiner, schwacher Magnet, aber da sie alle zusammenwirken, ergibt sich daraus ein großer, einheitlicher Stabmagnet. Solche Stoffe, deren Elementarmagnete stets gleichmäßig angeordnet sind, nennt man auch Permanentmagnete. In den beiden Hälften des zersägten Magneten sind die Elementarmagnete immer noch ausgerichtet wie zuvor. Deswegen hat jede Hälfte nun ihren eigenen Nord- und Südpol. Diese Erkenntnis hilft uns auch dabei, das folgende Experiment zu verstehen. Statt eines weiteren Magneten bringen wir eine Ein-Cent-Münze in die Nähe des ersten. Sobald sie nahe genug ist, wird sie angezogen. Heißt das, dass eine Ein-Cent-Münze ein Magnet ist? Dann müssten sich zwei Ein-Cent-Münzen, die wir nahe nebeneinander legen, auch anziehen oder abstoßen. Du kannst selbst zuhause überprüfen, dass nichts passiert. Aber warum wird die Münze dann vom Magneten angezogen? Schauen wir uns die Münze genauer an. Auch im Inneren der Münze befinden sich Elementarmagneten. Diese sind jedoch in alle möglichen Richtungen orientiert. Deswegen heben sich ihre Wirkungen gegenseitig auf und die Münze hat keinen Nord- und Südpol, ist also kein Magnet. Wenn wir allerdings einen Permanentmagneten in die Nähe der Münze bringen, wirkt dessen magnetische Kraft auf die Elementarmagnete in der Münze. Diese können sich zwar nicht frei bewegen, aber ihre Orientierung ändern. Deshalb drehen sie sich gerade so, dass ihre Südpole zum Nordpol des Permanentmagneten zeigen und sie alle gleich orientiert sind. Jetzt hat auch die Münze eine Magnetwirkung und wird angezogen. Man sagt auch, die Münze wurde „magnetisiert“. Entfernen wir den Permanentmagneten wieder, verlieren die Elementarmagnete schnell ihre Ordnung und weisen in unterschiedliche Richtungen die Münze ist „entmagnetisiert“. Stoffe, die ihre Magnetisierung sehr schnell wieder verlieren, nennt man auch magnetisch weich. Bringen wir nun statt des Nordpols den Südpol eines Permanentmagneten in die Nähe, wird die Münze ebenso angezogen, weil sich die Elementarmagnete gerade in umgekehrter Richtung orientieren. Andere Stoffe, wie zum Beispiel Kunststoff, Papier oder Holz enthalten keine Elementarmagnete und sind deshalb nicht magnetisch. Man kann sie daher nicht magnetisieren und nicht mit einem Magneten anziehen. Neben den magnetisch weichen Stoffen gibt es auch magnetisch harte Stoffe. Unser Permanentmagnet ist ein Beispiel dafür. Magnetisch hart bedeutet, dass ein Stoff seine Magnetisierung sehr lange behält -- deswegen auch „Permanentmagnet“. Wirklich „permanent“ ist die Magnetisierung allerdings nicht. Mit geeigneten Mitteln können wir auch einen solchen Magneten entmagnetisieren. Zum Beispiel durch Hitze oder mechanische Stöße verlieren die Elementarmagnete ihre Ordnung. Bevor wir herausfinden, ob Jennifer mit ihrem cleveren Trick den Schlüssel finden konnte, fassen wir das Wichtigste noch einmal zusammen. Jeder Magnet hat einen „Nord-“ und einen „Südpol“. Magnete haben eine magnetische Kraftwirkung aufeinander und auf magnetisierbare Stoffe. Gleichnamige Pole stoßen sich ab und ungleichnamige Pole ziehen sich an. Die Elementarmagnete von magnetisierbaren Stoffen richten sich aus und bilden einen Nord- und Südpol. Magnetisch weiche Stoffe verlieren ihre Magnetisierung, sobald der ursächliche Magnet entfernt wird. Ein Permanentmagnet kann durch die Einwirkung von Hitze oder mechanischen Stößen entmagnetisiert werden. Und wie hilft ein Magnet nun Jennifer bei ihrem Problem? Na klar! Der metallische Schlüssel wird angezogen, während das Gerümpel liegen bleibt. Was da wohl drin ist? Wow.