Versuche mit Magneten

Experimente mit Magneten

Probieren Sie: Was zieht ein Magnet an? Mithilfe eines Kompasses versuche ich, die magnetischen Kräfte zu visualisieren. Nähern Sie sich nun der Nadel mit einem Magneten und versuchen Sie, das Flugzeug zum Schweben zu bringen. L.: Nimm deinen Magneten und versuche den Magneten deines Partners.

In den durchgeführten Experimenten sind diamagnetische Substanzen enthalten.

Permanentmagnetismus

Wenn man sich häufig mit Fragen der Elektrik beschäftigt, ist es unvermeidlich: Immer wieder trifft man auf das Problem des Magneten. Wir wollen in einer Reihe von Experimenten aufzeigen, wie die wesentlichen Effekte des Magneten den Studierenden näher gebracht werden können. Für diese Experimente genügen nur wenige unkomplizierte Unterrichtsmittel. Die (!) ist nicht nur einmal das Wort von Magnetik und Spiegel.

Wir wollen daher in einer Reihe von Experimenten aufzeigen, wie wichtig die Auswirkungen des Magneten auf die Schülerinnen und Schüler gebracht werden können. Dabei wollen wir nicht verhehlen, dass die Experimente einen erheblichen Vorbereitungsaufwand erfordern. Bei den bekannten Permanentmagneten handelt es sich um (künstlich magnetisierte) ferritische Magnete, wie sie in Pinnwandhaftmagneten oder in Schranktürverschlüssen zu finden sind. Mit Experimenten erklären wir einige offensichtliche Magnetwirkungen.

Bei den Magneten sind die magnetischen Anzugskräfte an den Stirnseiten am höchsten, sinken zur Bildmitte hin und verschwindet in der Bildmitte. Magneten haben die stärkste Wirkung an ihren "Polen". Das Magnetpol, das nach Norden zeigt, wird als Magnetnordpol bezeichnet. Kollidieren unterschiedlich benannte Pole (N-S), zieht es sich gegenseitig an, gleich benannte Pole (N-N, S-S) stößt sich gegenseitig ab.

Die Nordpole eines Magneten sind rot markiert, die Südpole rot. Probieren Sie einen: Lass es gut sein. Das Pulverkorn ordnet sich an und bildet das Kräftefeld des Magneten. Wenn Sie nicht-magnetische Blechstreifen auf den Magneten legen, werden Sie feststellen, dass die beiden Äußeren angezogen werden, aber nicht der Mitte. Einsicht: Die magnetische Wirkung ist an den Pole am größten.

Experiment 3: Der eingesetzte Stahlschraube ist nicht elektromagnetisch, sondern dient dazu, dass sich die beiden Magneten gegenseitig anreissen. Die Schraube selbst wird magnethaft. Prüfung 4: Die in Prüfung 1 angegebenen Kräfteverläufe müssen gezwungen werden, in die Umgebungsluft einzudringen. Experiment 4 belegt dies: Wenn Sie einen Zirkel (links) in einem Abstand von 20 cm (abhängig von der Magnetkraft) zum Magneten platzieren, trifft dessen Kanüle.

Wird ein nichtmagnetisches Bügeleisen auf den Magneten aufgebracht (Skizze rechts), kehrt die Kompaßnadel in ihre Ruheposition zurück.

Einwirkung durch rotierenden Magneten

Das SuS kann das Magnet- und Elektrofeld als physisches Element bezeichnen und die Grundzüge der Maxwell-Theorie aufzeigen. In dieser Theorie wird die Elektodynamik auf vier Anweisungen reduziert. Das SuS kann auch andere physikalische Grundgrößen verarbeiten: die Magnetflussdichte. In einer festen Wicklung wird durch einen rotierenden Stabmagnet eine Stromspannung generiert.

Erkläre, wie diese Spannungen entstanden sind. In eigenen Experimenten testen Sie hypothetische Aussagen über den Zeitverlauf der erzeugten Spannungen. Drehen Sie einen Stabmagnete um seine Längsachse. Erfassen Sie die Induktionsspannung in einer benachbarten Wicklung mit CASSY. Bringen Sie den Stangenmagneten mit einem Gewinde am Material des Stativs an, so dass sich der Stangenmagnet leicht um seine Längsachse drehen kann, indem er gegen ihn geschlagen wird (siehe Abbildung).

Platzieren Sie eine Wicklung neben dem Magneten, so dass das magnetische Feld des Stangenmagneten während der Drehung die Oberfläche der Wicklung durchdringt. Verbinden Sie das Datenerfassungssystem so, dass die in der Wicklung erzeugte Stromspannung induziert wird. Um zu verhindern, dass der Stangenmagnet während der Drehung schwingt, hat es sich als sinnvoll erwiesen, das Gewinde während der Drehbewegung mit dem Daumen und dem Mittelfinger direkt über dem Stangenmagnet zu halten.

Welche Zeitkurve der erzeugten Stromspannung erwartest du, wenn sich der Stabmagnet dreht? Stellen Sie den Stabmagnet in Drehung und erfassen Sie den Leistungskurven! Nehmen Sie simultan (mit dem zweiten Pocket-CASSY) oder danach die Magnetflussdichte entlang der Spulenkörperachse auf! Interpretation und Rechtfertigung des Verlaufs des konservierten Diagramms. Beziehen Sie es auf den zeitlichen Verlauf der magnet.

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