Vorsicht: Magnetismus ist ansteckend! Kaum ist man einmal in die Nähe gekommen, schon hat´s einen erwischt. In diesem Blog-Beitrag zeige ich euch ein paar sehr schöne Experimente, mit denen ihr ohne großen Aufwand auf drei verschiedene Arten demonstrieren könnt, wie ansteckend Magnetismus ist. Oder genauer gesagt: Wie man ein ferromagnetisches Material dazu bringt, seine magnetischen Eigenschaften zu zeigen. Alle Experimente und noch viel mehr Magnetismus findet ihr auch als fertige Vorführ-Videos für den Unterricht hier.
Hier seht ihr den Blog-Beitrag als Video-Tutorial
Ein paar grundsätzliche Dinge vorweg: Es gibt im Wesentlichen vier verschiedene Arten von Magnetismus: Dabei spielen Paramagnetismus und Diamagnetismus in unserer Alltagswelt keine nennenswerte Rolle (Obwohl der Diamagnetismus im Grunde allgegenwärtig ist, wie du bei „Sind Weintrauben magnetisch?“ sehen kannst). Wichtiger sind ferromagnetische Materialien und schließlich die Permanent- oder Dauermagnete, die dauerhaft das uns als „magnetisch“ vertraute Verhalten zeigen. In den Experimenten in diesem Blog-Beitrag wird es immer darum gehen, dass wir einem Ferromagnet zur magnetischen Anziehungskraft verhelfen. Dies geschieht zweimal durch einen Permanentmagnet und einmal durch elektrischen Strom.
Aber was geschieht in einem ferromagnetischen Stoff, wenn er magnetisiert wird? Ein ferromagnetisches Material (z.B. Eisen oder Stahl, Cobalt oder Nickel) kann man sich zusammensetzt aus unzähligen kleinen magnetischen Zonen vorstellen. Diese Gebiete nennt man magnetische Domänen oder Elementarmagnete. Normalerweise sind die Nord- und Südpole dieser Elementarmagnete in einem Ferromagneten, z.B. in einem Nagel, kreuz und quer in alle Richtungen ausgerichtet. Dadurch ist der Nagel insgesamt dann nicht magnetisch anziehend, weil sich die einzelnen Elementarmagnete ausgleichen. Mit einem starken Permanentmagnet kann man aber die Elementarmagnet im Nagel ausrichten, sodass sie alle in dieselbe Richtung zeigen. Dann ist der Ferromagnet magnetisiert und selbst zum Permanentmagnet geworden. Er hat jetzt einen Nordpol und einen Südpol und zieht andere ferromagnetische Gegenstände an.
Für die ersten beiden Experimente braucht ihr eine Nadel und einen starken Permanentmagnet. Die Experimente funktionieren umso besser, je stärker der Permanentmagnet ist. Dabei rate ich dazu, gerade wenn man öfters mal mit Magnetismus experimen-tieren möchte, sich einen etwas größeren Neodym-Magnet anzuschaffen. Ein solcher Magnet aus einer Neodym-Eisen-Bor-Verbindung kostet in der Größe, die ihr auf dem Foto seht, keine 10 €. Er zeigt eine so
starke magnetisierende Wirkung, dass man die Effekte viel deutlicher demonstrieren kann, als mit einem normalen „Schulmagnet“.
Nun aber zum Experiment: Fädelt die Nadel auf einen Faden und hängt sie irgendwo auf, an einer Lampe, einem Stativ etc. Wenn ihr nun mit einem ferromagnetischen Gegenstand, z.B. einem Löffel, die Nadel berührt, sollte sie keine anziehende Wirkung zeigen. (Checkt vorher mit einem Magnet, ob der Löffel wirklich ferromagnetisch ist…) Legt die Nadel dann auf den Tisch, haltet sie an der stumpfen Seite mit der Fingerspitze gut fest und reibt mit dem Permanentmagnet einige Male fest und in eine Richtung der Länge nach darüber. (Wie genau, das könnt ihr im Video oben bei 1´20“ anschauen.) Jetzt ist die Nadel magnetisiert.
Hängt sie wieder am Faden auf und probiert es aus: An einem Ende sollte sie sich an den Löffel ranziehen und an ihm hängenbleiben, am anderen Ende sollte sie sich leicht vom Löffel abstoßen, ihm also ausweichen. aus der ferromagnetischen Nadel ist ein Permanentmagnet geworden. Man nennt diesen magnetisierenden Einfluß eines Permanentmagnet auf ein ferromagnetisches Material „magnetische Influenz“. Bleibt die Nadel jetzt für immer ein Dauermagnet? Nein, die Elementarmagnete in der Nadel, die wir durch das Reiben mit dem Neodym-Magnet geordnet ausgerichtet haben, können auch wieder in Unordnung geraten. Durch große Hitze oder feste Schläge läßt sich die Nadel wieder entmagnetisieren.
Aber das wollen wir ja nicht, wir wollen die Nadel weiter als Permanentmagnet nutzen. Nehmt einen flachen Teller mit Wasser und lasst die Nadel darin schwimmen. Das funktioniert mit einem kleinen Trick: Zieht eine Lage von einem Papiertaschentuch, schneidet ein etwa 2x4 cm kleines Stückchen heraus und legt es auf die Wasseroberfläche. Darauf könnt ihr nun vorsichtig die Nadel ablegen.
Und jetzt kommt das Entscheidende: Die schwimmende Nadel dreht sich im Wasser immer in eine bestimmte Richtung. Auch wenn ihr sie (vorsichtig!) in eine andere Richtung schiebt, sie läßt sich von ihrer Lieblingslage nicht abbringen. Ein Vergleich mit einem Kompass (oder einer Gratis-Kompass-App…) zeigt: Die Nadel zeigt immer genau nach Norden. Durch die Magnetisierung ist aus der Nadel eine Kompassnadel geworden oder genauer gesagt: Durch die Magnetisierung reagiert die Nadel so stark auf ein äußeres Magnetfeld, das sie in Richtung Erdmagnetfeld ausgerichtet wird. Prinzipiell werden natürlich alle ferromagnetischen Gegenstände vom großen „Magnet Erde“ angezogen. Aber erst die Magnetsierung und die große Beweglichkeit im Wasser machen diese Anziehung sichtbar.
Aber man kann magnetische Anziehung auch auf eine noch einfachere Art von einem Permanentmagnet an einen Ferromagnet weitergeben: durch Kontakt. Dazu gibt es ein sehr hübsches spielerisches Experiment, das die Kinder sehr lieben: Wir bauen Magnetskulpturen!
Legt einen Permanentmagnet (auch hier klappt es wieder am besten mit einem starken Neodym-Magnet) in einen Metalldeckel, z.B. den Deckel eines Marmeladenglases. Dann legt ihr den Deckel mit dem Magnet nach unten auf den Tisch und versucht, so viele Stahlmuttern wie möglich darauf zu einer Skulptur aufeinanderzustapeln. Ihr könnt dieses Experiment auch als Rätsel oder Trick aufbauen und zunächst nicht verraten, was sich unter dem Deckel verbirgt.
Mit einem starken Magnet unter dem Deckel lassen sich dann erstaunlich hohe und verzweigte Metallskulpturen errichten. Dabei spürt man beim Aufsetzen der einzelnen Muttern auf den Deckel, wie die magnetische Anziehung mit wachsendem Abstand zum Permanentmagnet schwächer wird, bis sich die Muttern schließlich nicht mehr halten können und die Skulptur einstürzt. Bei diesem Experiment sehen wir wieder, wie ansteckend Magnetismus ist. Allein schon der Kontakt zu einem starken Permanentmagnet magnetisiert die ferromagnetischen Muttern, macht sie selbst zu Magneten, die wiederum mit dazu beitragen, dass die auf sie gestapelten weiteren Muttern magnetisiert werden.
Zum Schluß möchte ich mit euch noch einen Elektromagnet bauen, die dritte Art, einen Ferromagneten zu magnetischer Anziehung zu bewegen. Dieses Experiment finde ich deswegen großartig, weil es auf ganz einfache Art und Weise den Zusammenhang zwischen elektrischem Strom und magnetischem Feld anschaulich macht, der im Alltag an vielen Stellen ein wichtige Rolle spielt, z.B. bei einem Elektromotor oder bei den elektromagnetischen Wellen, also Radio, Mobilfunk etc.
Nehmt ein etwa 30 cm langes Stück dünnes Kabel (sog. „Klingeldraht“) und wickelt es auf einen Nagel — je öfter, desto besser. Haltet dann die Enden an die Pole einer Batterie und bringt die Spitze des Nagels in die Nähe eines kleinen ferromagnetischen Gegenstandes, z.B. einer Büroklammer. Der Nagel zieht die Büroklammer an.
Die Magnetisierung des Nagels geschieht hier durch den elektrischen Strom, der durch das Kabel fließt. Rund um ein Stromkabel entsteht ein magnetisches Feld. Wenn man zwei Kabel senkrecht dicht nebeneinander aufhängt und Strom in die gleiche Richtung hindurch schickt, kann man auch sehen, dass sich die beiden Kabel aufgrund dieses magnetischen Feldes anziehen. Das magnetische Feld um unser Kabel sorgt dafür, dass der Nagel magnetisiert wird, solange der Strom durch das Kabel fließt.
Der Effekt ist umso deutlicher je stärker der Strom im Kabel, also je stärker die Batterie ist. Bei einem 9-Volt-Block kann man aber durchaus ein leichtes Kribbeln an den Fingerkuppen spüren, wenn man das Kabel mit der Hand an die Pole drückt. Leichter und sicherer geht es mit Krokodilklemmen am Kabel oder einer festen Anschlußvorrichtung an der Batterie. Hinzu kommt, dass man die Batterie auf diese Weise im Grunde kurzschließt. Man sollte den Elektromagneten also immer nur für wenige Sekunden in Betrieb nehmen, sonst wird die Batterie ziemlich schnell erst heiß und dann leer sein.
Elektromagnete werden im Alltag an vielen Stellen eingesetzt, weil sie eine einfache Möglichkeit bieten, eine anziehende Kraft durch einen elektrischen Strom ein- und auszuschalten. Im Kleinen findet man die z.B. in einer elektrischen Klingel, im Großen z.B. auf einem Schrottplatz: Dort kann man sehen, dass durch elektrischen Strom magnetische Kräfte erzeugt werden können, die stark genug sind, um mehrere 1000 kg hochzuheben.
Reiben, berühren oder von Strom durchfließen — das waren die drei Wege, mit Magnetismus anzustecken. Habt ihr Anmerkungen, Fragen oder Kritik, dann schreibt mir einfach über das Formular unten oder per Mail an
