Physik · P5 · Magnetismus

Elementarmagnete

Warum wird ein Eisennagel am Magneten selbst zum Magneten? Das Modell der Elementarmagnete sagt: Ein ferromagnetischer Stoff besteht aus sehr vielen winzigen Magneten. Liegen sie ungeordnet, heben sich ihre Wirkungen auf. Magnetisieren heißt: Sie werden ausgerichtet. Hier siehst du einen Stab im Modell, jeder Pfeil ist ein Elementarmagnet, das rote Ende ist sein Nordpol.

So gehst du vor

1Wähle Stahl oder Weicheisen. Am Anfang liegen die Elementarmagnete ungeordnet, der Stab hält keine Büroklammer.
2Tippe mehrmals „Streichen“. Der Magnet wird jedes Mal in derselben Richtung über den Stab gezogen.
3Nähere den Magneten nur und nimm ihn wieder weg. Vergleiche Weicheisen und Stahl.
4Teile einen magnetisierten Stab, erhitze ihn oder lass ihn fallen. Achte auf die Pole und die Büroklammern.

Büroklammern

Ausrichtung

0 %

Striche

Temperatur

20 °C

Büroklammern: alle, die an den Enden hängen; die Zahl unter jeder Kette gilt für dieses Ende. Ausrichtung: wie gut die Elementarmagnete im Mittel längs des Stabs zeigen (bei geteiltem Stab Mittel der Stücke). Die Elementarmagnete sind stark vergrößert und viel zu wenige; in Wirklichkeit sind es unvorstellbar viele.

Material

Pol des Magneten, der zum Stab zeigt

Magnetisieren

Entmagnetisieren

Büroklammern nach jedem Strich

n: Zahl der Striche, k: Büroklammern, die der Stab danach hält. Neuer Stab oder Teilen beginnt die Reihe von vorn.

Was das Modell erklärt – und wo es aufhört

Streichen: Die Elementarmagnete drehen sich zum vorbeiziehenden Pol. Am Ende des Strichs entsteht der entgegengesetzte Pol: Streicht der Nordpol nach rechts, liegt rechts ein Südpol.

Weicheisen und Stahl: In Weicheisen drehen sich die Elementarmagnete leicht, fallen aber schnell in die Unordnung zurück. In Stahl sitzen sie schwergängig; sind sie einmal ausgerichtet, bleiben sie so.

Magnetische Influenz: Schon ein genäherter Magnet richtet die Elementarmagnete aus. Am nahen Ende entsteht der entgegengesetzte Pol, deshalb ziehen beide Pole Eisen an.

Teilen und Sättigung: Jedes Stück ist wieder ein Magnet mit Nord- und Südpol, denn schon jeder Elementarmagnet hat zwei Pole. Sind alle ausgerichtet, ist der Stab gesättigt.

Entmagnetisieren: Erschütterungen bringen einen Teil der Elementarmagnete durcheinander. Oberhalb von etwa 768 °C ist Eisen gar nicht mehr ferromagnetisch (Nickel schon ab etwa 360 °C); beim Abkühlen bleiben die Elementarmagnete ungeordnet.

Modell und Wirklichkeit: Tatsächlich ist jedes Eisenatom ein winziger Magnet. Benachbarte Atome richten sich von selbst gleich aus und bilden kleine Bereiche, die Weißschen Bezirke. Beim Magnetisieren wachsen die passend ausgerichteten Bezirke auf Kosten der anderen.

Aufträge

Nimm einen neuen Stahlstab und streiche zehnmal mit dem Nordpol nach rechts. Beschreibe, wie sich die Zahl der Büroklammern entwickelt. Warum wird der Stab irgendwann nicht mehr stärker?
Welcher Pol entsteht beim Streichen mit dem Nordpol nach rechts am rechten Ende? Sage es zuerst mit dem Modell voraus und prüfe dann.
Nähere den Magneten erst einem Weicheisenstab, dann einem Stahlstab, und nimm ihn jeweils nach einigen Sekunden wieder weg. Vergleiche, was mit den Büroklammern am linken Ende geschieht.
Teile einen magnetisierten Stahlstab zweimal. Kann man so einen einzelnen Nordpol bekommen? Erhitze danach ein Stück oder lass es fallen und erkläre mit dem Modell, was du siehst.

Theorie: Kapitel „Magnetisieren und Elementarmagnete“ im Skript Magnetismus. Wie das Feld um einen Magneten aussieht, zeigt die Seite Magnetfeld mit Kompassnadeln.