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Aus dem Facharchiv: Lernen & Können
Magnetismus - Teil 1: Geschichtliche Entwicklung und Begriff Magnet

Mit dieser Serie werden die Grundbegriffe des Magnetfeldes erläutert. Bestimmte Materialien haben die Eigenschaft, ein dauerhaftes (permanentes) magnetisches Feld zu ermöglichen.

Versuche mit Dauermagneten und Eisenspänen (Bild: K.-H. Bleiß/ep)

Versuche mit Dauermagneten und Eisenspänen (Bild: K.-H. Bleiß/ep)

Einfachste Versuche verdeutlichen die Polbildung und Influenzwirkung eines Dauermagneten.

Magnetfeld der Erde

Spricht man im Unterricht vom Magnetismus, so fällt vielen Schülern spontan zu diesem Begriff das Magnetfeld der Erde ein. Dieses wird allerdings – häufig aus Unkenntnis – mit dem Gravitationsfeld der Erde verwechselt. Das Gravitationsfeld beruht jedoch auf Massenanziehung und hat nichts mit dem Magnetfeld zu tun. Jeder Gegen-stand (jede Masse) die sich im erdnahen Bereich befindet, wird durch das Gravitationsfeld in Richtung des Massenschwerpunkt unseres Planeten gezogen. Das Vorhandensein des Erdmagnetfeldes wird beispielsweise durch das Ausrichten einer Kompassnadel deutlich. Im Unterschied zur Massenanziehung wirkt sich jedoch das Magnetfeld nur auf die Stoffe aus, die magnetisierbar sind. Das sind zunächst einmal alle eisenhaltigen (ferromagnetischen) Stoffe. Dazu gehören aber auch Kobalt und Nickel sowie einige Legierungen.

Geschichtliche Entwicklung

  • Im Folgenden werden einige Meilensteine zur Entdeckung und Entwicklung des Magnetismus aufgeführt:
  • Bereits etwa 800 Jahre vor unserer Zeitrechnung hat man Lagerstätten mit Magnetsteinen in China entdeckt.
  • rund 250 Jahre vor unserer Zeitrechnung wurde der erste Kompass „Si Nan“ in China entworfen (Südzeiger).
  • Für die Namensgebung hat man in der Geschichte mehrere Erklärungen gefunden. Am wahrscheinlichsten ist, dass der Ursprung des Begriffes „Magnet“ von der altgriechischen Landschaft Magnesia abgeleitet wurde – wo auch der erste europäische Magnetstein entdeckt wurde.
  • Um 1600 wurde durch den Arzt und Physiker William Gilbert entdeckt, dass auch die Erde ein Magnetfeld besitzt.
  • Im Jahre 1871 wurde durch James Clerk Maxwell bekannt, dass Magnetismus ein Teil der Physikalischen Theorie der Elektrodynamik ist.
  • Die magnetischen Eigenschaften von seltene Erden-Kombinationen NdFeB, SmCo, AlniCo führten in den letzten Jahren zu enormen Leistungssteigerungen. SmCo5 weist verbesserte Eigenschaften auf, lässt sich aber schwerer herstellen.
  • Samarium-Cobalt war in den 1970er Jahren bis zur Entdeckung des Neodym-Eisen-Bor der Werkstoff mit der höchsten magnetischen Energiedichte.
  • Die Hauptvorkommen für seltene Erden liegen in China.
  • Heute finden Magnete überall Anwendung, wie in Handys, Computern, Antriebs-Systemen usw.
  • In einem neuen durchschnittlichen Mittelklassewagen befinden sich rund 70 Magneten.

Herkunft des Namens „Magnetismus“

Der name „lithos magnes“, wie der Magnetit auf Griechisch heißt, geht nach der Erklärung des römischen Gelehrten Gaius Plinius Secundus in seiner Schrift zur Naturforschung „Naturalis Historia“ aus dem Jahre 77 auf eine Legende vom griechischen Hirten Magnes zurück. Der war auf dem Berg Ida mit seinem eisenbeschlagenen Stock und mit den Nägeln seiner Schuhe an Magnetitgestein hängen geblieben. Wahrscheinlicher ist aber, dass das Wort „Magnetit“ von der Landschaft Magnesia (Magnisia) in Thessalien stammt, einem Fundort der Magnetsteine. Andere Quellen geben die Stadt Magnesia in Kleinasien (der heutigen Türkei) als Namensgeberin an. Diese war eine Kolonie des mazedonischen Stammes der Magneten. Wie man anhand dieser Beispiele sieht, ist man sich bezüglich der Namensherkunft nicht sicher. Anders ist es heute mit den Kenntnissen hinsichtlich der physikalischen Vorgänge und Gesetze, um die sich eine Reihe von Forschern in den letzten Jahrhunderten verdient gemacht haben.

Dauermagnet

Im Rahmen des Elektromagnetismus, der später in dieser Serie behandelt wird, geht man auf die Unterscheidung von hart- und weichmagnetischen Stoffen ein. Soviel sei dazu in diesem Zusammenhang gesagt: Ein guter Dauermagnet muss aus einem möglichst hartmagnetischen Werkstoff bestehen. Versuche mit Dauermagneten und Eisenspänen (Bild 1) sind wohl jedem von uns schon einmal im Physiklabor der Schule vorgeführt worden. Die Ausrichtung der Späne stellt quasi eine Abbildung der magnetischen Feldlinien dar. Weitere Versuche sollen die theoretischen Erkenntnisse über die Wirkungsweise der Magneten verdeutlichen:

Versuch 1
Bei dem Versuch „Magnet an einem Faden“ geht es um die Bestimmung der Pole bei einem Magneten.
Aufbau: Hänge einen Magneten drehbar an einen Faden (Bild 2).
Beobachtung: Der Magnet orientiert sich in Nord-Südrichtung.
Ergebnis: Benennung der Pole nach der Ausrichtung (siehe Kompassnadel):

  • magnetischer Nordpol und
  • magnetischer Südpol.

Versuch 2
Bei dem Versuch „Weicheisen zwischen 2 Magneten“ geht es darum, herauszufinden was sich verändert, wenn man ein Stück Weicheisen zwischen zwei Magneten legt.

Aufbau: Man benötigt einen Magneten, eine Kompassnadel und ein Eisenstück.
Beobachtung: Die magnetische Kraft wird weitergeleitet, da das Weicheisen vorübergehend selbst zum Magneten wird.

Ergebnis: Diesen Effekt nennt man magnetische Influenz (Beeinflussung).

Erster Kompass

Neben den Kenntnissen, die das antike Griechenland über die besonderen Eigenschaften der Magnetite hatte, gab es auch schon in China in vorchristlicher Zeit dazu ein Wissen. Hanfuzius (280 bis 233 vor unserer Zeitrechnung) entwickelte den ersten Kompass. Dieser bestand aus Magnetstein in Löffelform, den man auf eine glatte Kupferplatte legte. Darauf waren Symbole, Linien und Schriften eingraviert. Das Magnetfeld des Löffels war dabei so ausgerichtet, dass sein Griff auch nach bewusster Verdrehung sich immer wieder Richtung Süden ausrichtete. Der Name war mit „Si Nan“ (Südzeiger) eine logische Folge. Der Si Nan wurde nicht als Kompass genutzt, d. h. zum Navigieren auf See und Land, sondern war eine Art göttlicher Hilfe zum Ausrichten von Straßen und Häusern, diente der Wahrsagerei und spielte eine Rolle bei mythischen Riten, Zeremonien oder magischen Handlungen. Er spielt heutzutage immer noch eine Rolle im Feng-Shui.

In der nächsten Folge geht es zunächst um die vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten von Dauermagneten dabei spielen auch die Ferrite eine wesentliche Rolle.

(Bild 2, rechts: Polbildung – Magnet an einem Faden)

Autor: K.-H. Bleiß

Der vollständige Beitrag ist in unserem Facharchiv nachzulesen.

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