1 · Ein Nordpol wird einem Nordpol gegenübergestellt. Was beobachtest du?
Lösung und Rechenweg ansehen
Die beiden Pole stoßen sich ab. Gleichnamige Pole stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an.
Erklärung wiederholen →Physik · Elektrizitätslehre · Grundlagen
Magnetismus und Magnetfelder: verstehen und üben
Warum ziehen sich Magnete an oder stoßen sich ab? Lerne Nord- und Südpol kennen, lies Feldlinien und verstehe, wie ein Kompass die Richtung eines Magnetfeldes anzeigt.
Zwei Pole gehören zusammen
Gleiche Pole → Abstoßung
Ungleiche Pole → Anziehung
Ein Magnetfeld beschreibt die magnetische Wirkung im Raum. Ein kleiner Kompass hilft dir, seine Richtung zu erkunden.
Lernschritt 1
Nordpol und Südpol unterscheiden
Ein gewöhnlicher Stabmagnet besitzt einen Nordpol N und einen Südpol S. An den Endbereichen ist seine Wirkung auf kleine Eisenstücke häufig besonders deutlich. Die beiden Pole bilden ein Paar: Ein Nordpol ist keine positive elektrische Ladung und ein Südpol keine negative.
Bringst du zwei Nordpole oder zwei Südpole einander gegenüber, stoßen sie sich ab. Ein Nordpol und ein Südpol ziehen sich an. Die Kräfte wirken auf beide Magnete. Dass sich nur einer sichtbar bewegt, kann daran liegen, dass der andere festgehalten wird.
Beispiel: Der bekannte Nordpol eines Magneten stößt ein unbekanntes Ende eines zweiten Stabmagneten ab. Dann ist dieses Ende ebenfalls ein Nordpol. Anziehung allein wäre als Nachweis weniger eindeutig, wenn du noch nicht weißt, ob der zweite Gegenstand überhaupt ein Dauermagnet oder nur ein Eisenstück ist.
Lernschritt 2
Welche Stoffe werden deutlich angezogen?
Eisen, Nickel und Kobalt sowie bestimmte Legierungen können stark auf Magnete reagieren. Man nennt dieses Verhalten ferromagnetisch. Viele Alltagsgegenstände aus Stahl enthalten Eisen und werden angezogen; bei rostfreien Stählen hängt es jedoch von der Sorte und Struktur ab.
Nicht jedes Metall wird von einem gewöhnlichen Schulmagneten deutlich angezogen. Kupfer und Aluminium zeigen beispielsweise keine vergleichbare starke Anziehung. Das bedeutet nicht, dass solche Stoffe grundsätzlich keinerlei magnetische Eigenschaften besitzen. Für den Einstieg unterscheiden wir die im Versuch deutlich beobachtbare Wirkung.
Prüfe daher Material und Beobachtung, statt allein vom metallischen Glanz auszugehen. Ein verchromter Gegenstand kann innen aus Stahl bestehen. Umgekehrt beweist ein silberfarbenes Aussehen nicht, dass etwas ferromagnetisch ist.
„Alle Metalle sind magnetisch“ ist als Schulregel falsch. Entscheidend sind die Stoffeigenschaften, nicht Farbe, Glanz oder elektrische Leitfähigkeit.
Lernschritt 3
Was ist ein Magnetfeld?
Ein Magnet kann wirken, ohne einen Gegenstand zu berühren. Diese Wirkung beschreiben wir mit einem Magnetfeld. An jedem Ort besitzt das Feld eine Richtung und eine Stärke. Als wichtige Größe verwendet man die magnetische Flussdichte B mit der Einheit Tesla (T).
Eine kleine, frei drehbare Kompassnadel richtet sich am örtlichen Feld aus. Ihr Nordpol zeigt in Feldrichtung. In einem Feldlinienbild liegt die Nadel daher entlang der Richtung, die die Feldlinie an diesem Ort hat: entlang ihrer Tangente.
Die Nadel zeigt nicht grundsätzlich auf den Nordpol eines nahen Magneten. Ihr eigener Nordpol wird vom Südpol angezogen und vom Nordpol abgestoßen. Außerdem können mehrere Feldquellen gleichzeitig wirken, etwa ein Stabmagnet und das Erdmagnetfeld.
Lernschritt 4
Feldlinien lesen und den Magneten umdrehen
Drehe den Magneten im Modell um. Nord- und Südpol tauschen die Seiten. Damit kehren sich auch die Feldrichtung und die Ausrichtung der Kompassnordspitze am gezeigten Ort um. Die Skizze berücksichtigt vor allem das Feld des Stabmagneten; das Erdmagnetfeld wird vernachlässigt.
- Außerhalb des Magneten verlaufen Feldlinien vom Nordpol zum Südpol.
- Im Inneren führen sie vom Südpol zum Nordpol zurück. Die Linien bilden geschlossene Verläufe.
- Feldlinien kreuzen sich nicht. An einer Stelle mit von null verschiedenem Feld gibt es eine eindeutige Feldrichtung.
- Enger gezeichnete Linien stehen bei konsistenter Darstellung für ein stärkeres Feld.
Die Linien sind keine sichtbaren Fäden und keine Bahnen von Teilchen. Das Feld existiert auch zwischen ihnen. Ihre Anzahl wählt die zeichnende Person; aus der bloßen Zahl der Linien in zwei unterschiedlichen Bildern kannst du ohne gemeinsame Darstellungsregel keine Feldstärken vergleichen.
Lernschritt 5
Was zeigen Eisenfeilspäne – und was zeigt der Kompass?
Eisenfeilspäne können in einem geeigneten Schulversuch ein Muster bilden, das den Verlauf des Magnetfeldes veranschaulicht. Die einzelnen Stückchen werden magnetisiert und richten sich unter gegenseitiger Beeinflussung aus. So entstehen charakteristische Ketten.
Das Muster zeigt aber für sich allein keine Pfeilrichtung. Ob die Feldrichtung entlang einer Linie nach links oder nach rechts zeigt, prüfst du mit einer kleinen Kompassnadel und ihrer bekannten Nordspitze.
Vorgehen für eine Zeichnung: Markiere zuerst Magnet und Pole. Trage an mehreren Stellen Kompassrichtungen ein. Ergänze danach glatte Feldlinien, deren Pfeile zu den Messrichtungen passen. Lass zwischen den Linien Platz und vermeide Kreuzungen.
Praktische Versuche mit geeigneten Schulmaterialien und Anleitung durchführen. Eisenspäne gehören nicht direkt auf den Magneten oder in die Augen; eine geschlossene Feldlinienbox oder eine passende Abdeckung erleichtert die Handhabung.
Lernschritt 6
Warum entsteht beim Teilen kein einzelner Pol?
Teilst du einen gewöhnlichen Stabmagneten gedanklich, bekommst du nicht einen reinen Nordpol und einen reinen Südpol. Jedes Teilstück besitzt erneut beide Pole. An den neuen Endflächen entstehen entsprechende Pole.
Ein hilfreiches vereinfachtes Materialmodell beschreibt viele kleine magnetische Bereiche. In einem magnetisierten Stück tragen ihre Ausrichtungen insgesamt zu einer bevorzugten Richtung bei. In einem unmagnetisierten Eisenstück heben sich die Beiträge verschiedener Bereiche weitgehend auf.
Magnetisieren verändert diese Ordnung. Das Modell erklärt, warum Eisen zeitweise selbst magnetisch werden kann. Es bedeutet nicht, dass im Metall winzige fertige Stabmagnete wie Bauklötze herumliegen; die magnetischen Eigenschaften entstehen auf atomarer Ebene.
Lernschritt 7
Kompass und Erde richtig einordnen
Die Erde besitzt ein Magnetfeld. Eine horizontal bewegliche Kompassnadel richtet sich nach dessen horizontalem Anteil aus. Ihr Nordende zeigt ungefähr in geografische Nordrichtung, wenn keine stärkeren lokalen Störungen wirken.
In der Nähe des geografischen Nordens wirkt die Erde im einfachen Magnetmodell wie ein magnetischer Südpol: Dorthin wird das Nordende der Nadel angezogen. Die geografischen und magnetischen Richtungen stimmen nicht überall genau überein. Für eine genaue Navigation muss man diese Abweichung berücksichtigen.
Ein naher Stabmagnet, Stahlteile oder stromdurchflossene Leitungen können eine Kompassanzeige beeinflussen. Eine abgelenkte Nadel ist deshalb nicht automatisch defekt. Entferne im Schulversuch zunächst die zusätzliche Feldquelle und beobachte die Änderung.
Für den Unterricht: Zeige ein Feldlinienbild zunächst ohne Pfeile. Die Klasse soll erklären, welche Information Eisenfeilspäne liefern und welche erst ein Kompass ergänzt. Anschließend wird der Magnet umgedreht: Welche Teile der Zeichnung ändern sich und welche Form bleibt im idealisierten Vergleich erhalten?
Dein Wissen anwenden
Sechs Aufgaben zum Selbstcheck
Löse die Aufgaben zuerst auf Papier. Öffne danach die Lösung. Bei einem Fehler führt dich der Link zur passenden Erklärung zurück.
2 · Ein Gegenstand glänzt metallisch. Muss ein Schulmagnet ihn stark anziehen?
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Nein. Viele Metalle zeigen keine starke ferromagnetische Anziehung. Material und Struktur entscheiden, nicht der Glanz.
Erklärung wiederholen →3 · In welche Richtung zeigen Feldlinien außerhalb eines Stabmagneten?
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Vom Nordpol zum Südpol. Im Inneren führen sie zurück; die Verläufe sind geschlossen.
Erklärung wiederholen →4 · Was zeigt die Nordspitze einer kleinen Kompassnadel?
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Sie zeigt die örtliche Magnetfeldrichtung und liegt tangential zum Feldlinienverlauf.
Erklärung wiederholen →5 · Ein gewöhnlicher Stabmagnet wird geteilt. Welche Pole haben die Teile?
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Jedes Teil besitzt wieder einen Nordpol und einen Südpol. Es entstehen keine isolierten Pole.
Erklärung wiederholen →6 · Verrät das Muster von Eisenfeilspänen allein die Pfeilrichtung der Feldlinien?
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Nein. Es macht den Verlauf anschaulich. Zur Bestimmung der Richtung braucht man beispielsweise eine Kompassnadel mit bekannter Nordspitze.
Erklärung wiederholen →Der Selbstcheck hilft dir zu erkennen, welchen Schritt du noch üben solltest. Rechne nach einer Korrektur eine ähnliche Aufgabe ohne Hilfe.
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Buch, Preis und Details ansehen →Häufige Fragen
Ist der Nordpol eines Magneten positiv geladen?
Nein. Magnetische Pole und elektrische Ladungsvorzeichen sind verschiedene Eigenschaften. Die ähnlichen Anziehungs- und Abstoßungsregeln machen sie nicht gleich.
Wirkt das Feld nur auf den gezeichneten Linien?
Nein. Feldlinien sind eine Darstellungshilfe. Das Feld besitzt auch zwischen den Linien Werte.
Warum zieht ein Magnet ein zuvor unmagnetisches Eisenstück an?
Das Eisen kann im äußeren Feld magnetisiert werden. Dadurch wird es in einem inhomogenen Magnetfeld typischerweise in den Bereich stärkerer Feldwirkung gezogen.