Magneten gehören zu den häufigsten Gegenständen Unseres Alltags, wo sie überall auftauchen. Allein die Tür Eurer Kühlschränke wird durch Magneten zugehalten. Oder Eure Kopfhörer und Computerlautsprecher, auch sie brauchen Magneten, um zu funktionieren. Das gleiche gilt für Autofenster, die ebenfalls auf magnetischen Bauteilen basieren.

Magneten sind wortwörtlich überall zu finden. Elektrizität und Magnetismus, sowie die Wissenschaft der magnetischen Felder, gehören zu den wichtigsten wissenschaftlichen Disziplinen, die Wir haben. So viele Dinge würden ohne sie einfach nicht funktionieren.

Trotz dieser Allgegenwärtigkeit von magnetischen Materialien und Werkzeugen scheint es, als würden Wir dieses Phänomen für selbstverständlich erachten. Wenn man aber einen Moment lang innehält und drüber nachdenkt, sind Magneten denn nicht absolut unglaublich? Ist es nicht wahnsinnig, dass ein Stück Metall dank einer unsichtbaren Kraft ein anderes Stück bewegen kann? Findet Ihr nicht, dass die Wissenschaft hinter diesem eigenartigen Prozess ziemlich spannend ist?

Wenn nicht, liegt das vielleicht daran, dass Ihr noch nicht so viel über das Thema wisst. Mit der Absicht, Euch von der Magie der magnetischen Kraft zu überzeugen, schauen Wir Uns heute das Ganze mal an.

Es würde Uns überraschen, wenn Ihr am Ende des Artikels nicht den gleichen Schluss ziehen werdet. Ihr könnt Euch außerdem Unsere komplette Einführung zu Magnetismus und Elektromagnetismus anschauen!

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Und los geht's

Was genau ist Magnetismus überhaupt?

Magnetismus ist eine Kraft, durch welche magnetische Materialen sich gegenseitig anziehen oder abstoßen. Das ist auch die häufigste Art, in der Wir Magnetismus im Alltag aktiv beobachten können, nämlich wenn Metallstücke an andere Metallstücke gezogen werden.

Das ist auch, was Magneten so interessant und nützlich für den Alltag macht, denn magnetische Kraft ist eine berührungslose Kraft, was bedeutet, dass magnetische Materialen sich nicht berühren müssen, damit ihre Wirkung spürbar wird.

Der Grund dafür ist aber nicht Zauberei, wobei genau das vor langer Zeit geglaubt wurde. Vielmehr resultieren die Kräfte, die von diesen Materialien entstehen, aus einem Prozess, der auf einer viel zu kleinen Ebene abläuft, als dass Wir ihn mit den Augen beobachten könnten. Auf diesem Level bewegt sich alles.

Diese Kraft ist also das Resultat von zwei Phänomenen auf diesem Level. Das erste Phänomen ist das “magnetische Moment” eines bestimmten Elements und seiner Partikel, das zweite ist ein elektrischer Strom.

Magnetisches Moment und Elektronen

Die Dinge, die auf diesem kleinen Level passieren, haben mit Elektronen zu tun, den subatomaren Teilen eines Materials.

Diese Elektronen bewegen sich, bzw. rotieren um den Kern eines Atoms. Sie sind alle verschieden geladen, im Grunde genommen entweder positiv oder negativ. Normalerweise ist die elektrische Ladung dieser Elektronen ausbalanciert, die Anzahl positiver Elektronen entspricht dann der Anzahl negativer Elektronen.

Die Natur tendiert zu Stabilität und Stillstand, was in diesem Kontext bedeutet, dass nichtmagnetische Materialien die Norm sind, da hier aufgrund der gleichen Anzahl negativer und positiver Elektronen das magnetische Moment dieser Elektronen ausgeglichen wird. Das ist auch gut so, da ansonsten alles im Universum magnetisch wäre, was nicht besonders nützlich wäre.

Manchmal ist die Ladung der Elektronen eines Materials nicht ausgeglichen, das stimmt. Aber in den meisten solchen Fällen ist deren magnetische Ladung nicht ausgerichtet, was eigentlich eine Voraussetzung für echten Magnetismus ist.

Magnetismus, wie Wir ihn mitsamt von zwei magnetischen Polen verstehen, findet statt, wenn die magnetischen Momente von Elektronen korrekt ausgerichtet ist, also in die gleiche Richtung zeigen. Erst dann erzeugt ein Material ein Magentisches Feld, dass stark genug ist, um spürbar zu sein.

Elektrizität und Magnetismus

Wie bereits erwähnt hat Magnetismus zwei Ursachen. Die erste ist das magnetische Moment von Elektronen und dessen richtige Ausrichtung. Die zwei ist der elektrische Strom.

Elektrizität, also wenn Elektronen durch ein ein Material strömen, kreiert Magnetismus. Durch dieses Phänomen werden notwendigerweise alle Elektronen dank ihrer Bewegungen axial ausgerichtet, es entsteht eine positive und eine negative Ladung.

Elektromagneten

Ihr habt bestimmt schon einmal von Elektromagneten oder Elektromagnetismus im Allgemeinen gehört. Das sind super starke Magneten, die von Elektrizität angetrieben werden. Genau wie die meisten dank Elektrizität funktionierenden Dinge kann man diese an- und abschalten, was sie besonders nützlich für die Industrie macht.

Wenn man Drahtrolle um einen Magneten wickelt, entsteht ein Elektromagnet.
Elektromagneten produzieren extrem starke magnetische Felder! | Quelle: pixabay

Nimmt man eine magnetische Substanz und wickelt von elektrischer Spannung durchzogene Drahtrolle um sie herum, so entsteht ein extrem starker Magnet. Die gesamte Rolle wird dadurch magnetisiert und die darin enthaltenen Elektronen kreieren ein ein magnetisches Feld, dass ins Zentrum der Rolle angezogen wird.

Sobald man aber die elektrische Spannung abschaltet, verliert die Rolle ihren Magnetismus.

Dieses Prinzip ist ein essentieller Teil des Elektromagnetismus.

Was ist ein Magnetisches Feld?

Magneten ziehen andere Dinge, die für magnetischer Kraft empfänglich sind, an oder sie stoßen sie ab. Das ist bereits bekannt.

Das Interessante passiert allerdings zwischen zwei magnetischen Materialien. Hier liegt das magnetische Feld, ein unsichtbares Kraftfeld, im Prinzip eine Anordnung der um die Objekte vorkommenden Elektronen.

Modelle von magnetischen Feldern dürftet Ihr bereits gesehen haben. Erkennbar sind darin die Dipolarität von Magneten, also die Tatsache, dass Magneten einen Nordpol und einen Südpol haben, sowie die Linien des magnetischen Feldes, welche zwischen diesen Polen gezeichnet werden.

Diese Linien repräsentieren den magnetischen Fluss, der vom Nordpol ausgeht und zum südlichen führt. Je enger diese Linien beieinander sind, desto stärker ist Magnetisierung. Die Linien überschneiden sich übrigens unter keinen Umständen.

Eisenspäne

Die beste Methode, um ein magnetisches Feld in Echt zu sehen, ist mit Eisenspänen. 

Besorgt Euch einen Stabmagneten und eine Handvoll dieser kleinen Metallstücke, nämlich Eisenspäne.

Werft die Eisenspäne auf den Magneten und schon erscheint das magnetische Feld, inklusive der verschiedenen Linien. Das Ganze kann ziemlich beeindruckend sein.

Verschiedene Magnettypen - und Typen von Magnetismus

Euch dürfte bereits klar geworden sein, das nicht alle Magneten gleich sind. Da Wir wissen, dass es sowohl Etwas namens elektromagnetische Kraft, als auch “normale” Magneten gibt, können Wir davon ausgehen, dass es noch andere Magnettypen gibt. Wir haben bereits über Stabmagneten gesprochen.

Wissenschaftler lieben es, Dinge zu kategorisieren. Ihr wiederum, solltet ihre erstellten Kategorien kennen.

Diamagnetismus

Beginnen Wir mit Diamagnetismus. Diese Art von Magnetismus kommt eigentlich überall zu jeder Zeit vor. Sie ist aber nicht besonders “magnetisch”, zumindest nicht so, wie Wir das normalerweise verstehen.

Vielmehr enthalten “diamagnetische” Materialen überhaupt keine ungepaarten Elektronen. In der Anwesenheit von paramagnetischen oder ferromagnetischen Substanzen kommt der Diamagnetismus schnell an seine Grenzen. 

Paramagnetismus

Paramagnetische Materialien werden nur sehr schwach von magnetischen Feldern, denen sie ausgesetzt werden, angezogen. Die meisten chemischen Bindungen sind paarmagnetisch, denn üblicherweise haben sie ungepaarte Elektronen. Das bedeutet, dass sogar Elemente wie Sauerstoff paramagnetisch sind, was die meisten Menschen überhaupt gar nicht wissen.

In paramagnetischen Substanzen richten sich die ungepaarten Elektronen nach dem magnetischen Feld aus, wodurch eine Ladung entsteht.

Ferromagnetismus

Ferromagnetische Materialien sind das, was Wir hauptsächlich als magnetisch bezeichnen.

Auch solche Materialien haben ungepaarte Elektronen. Anders als in paramagnetischen Materialien tendieren die Elektronen in ferromagnetischen Materialien allerdings dazu, sich spontan auszurichten. Das bedeutet, dass sie kein externes magnetisches Feld brauchen, um magnetisch zu werden.

Eisen ist eine ferromagnetische Substanz.
Ferromagnetische Materialien wie Eisen sind auch ohne externe Magnetfelder magnetisch! | Quelle: unsplash

Diese Materialien sind diejenigen, die meistens auch wirklich magnetisch sind, etwa Eisen, Nickel oder Kobalt.

Temporäre Magneten Dauermagneten

Diese beiden Begriffe, temporäre Magneten und Dauermagneten, kommen in Gesprächen über Magnetismus häufig vor. Der Unterschied ist ziemlich offensichtlich.

Dauermagneten sind ferromagnetisch. Sie behalten ihr magnetisches Potential auch wenn sie nicht in der Nähe eines externen magnetischen Feldes sind.

Temporäre Magneten sind paramagnetische Substanzen, die auf ein externes magnetisches Feld angewiesen sind. Das sind Dinge wie Büroklammern - Objekte die auf Magnetismus reagieren aber selber nicht magnetisch sind.

Übrigens kann das magnetische Potential einer ferromagnetischen Substanz zerstört werden, wenn diese erhitzt wird. Die durch Hitze freigesetzte Energie verursacht eine große atomare Volatilität, was bedeutet, dass Elektronen nicht ausgerichtet bleiben.

Findet mehr über Transformatoren heraus, eine der wichtigsten magnetischen Technologien!

Ist die Erde magnetisch?

Ihr wisst sicher, dass die Erde ein magnetisches Feld hat, oder? Deswegen bezeichnen Wir die Pole von Magneten auch als “südlich” und “nördlich”. 

Der gesamte Globus ist magnetisch, was auch der Grund ist, warum Euer Kompass funktioniert. Eine Handvoll Dreck ist vielleicht nicht magnetisch, aber durch die Masse der Erde entsteht das größte magnetische Feld auf dem Planeten.

Polarlichter basieren auf magnetischen Feldern.
Ohne Magnetismus würde eines der beeindruckendsten Phänomene der Erde nicht existieren! | Quelle: unsplash

Wie kommt das? So ganz genau weiß das niemand. Wissenschaftler gehen aber davon aus, dass es mit Konvektionsströmen im Erdkern zu tun hat, welcher hauptsächlich aus Eisen und Nickel besteht. Dadurch entstehen auch die Polarlichter.

Schon von elektromagnetischer Induktion gehört? Find’s heraus!

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Siad

Student der Poltikwissenschaft, Hobbiefotograf und Kochbegeisterter. Spezialität: Hummus