Magnetismus Mindmap

Das Thema verstehen

Magnetismus ist eine physikalische Wechselwirkung, die durch bewegte elektrische Ladungen entsteht. Magnete besitzen zwei Pole, die sich gleichnamig abstoßen und ungleichnamig anziehen. Um jeden Magneten existiert ein magnetisches Feld, das mit Kraftlinien beschrieben wird. Magnetismus ist eng mit Elektrizität verbunden: Ströme erzeugen Magnetfelder, und veränderliche Magnetfelder induzieren Spannungen. Diese Grundlagen erklären Kompassnadel, Elektromagneten, elektrische Motoren und Generatoren sowie moderne Datenspeicher.

Magnetismus und Elektrizität: eine enge Verbindung
Magnetismus und Elektrizität sind zwei Seiten derselben physikalischen Wechselwirkung, der Elektrodynamik. Hans Christian Ørsted zeigte 1820, dass ein stromdurchflossener Leiter eine Kompassnadel ablenkt, und bewies damit, dass elektrischer Strom ein Magnetfeld erzeugt. Umgekehrt gelang Michael Faraday 1831 der Nachweis der Induktion: Ein sich veränderndes Magnetfeld erzeugt in einer Leiterschleife eine Spannung. James Clerk Maxwell fasste diese Zusammenhänge später in mathematischen Gleichungen zusammen. Diese Wechselwirkung ist die Grundlage praktisch aller modernen Energietechnik, von der Kraftwerksgenerierung bis zur drahtlosen Energieübertragung.

Warum manche Materialien magnetisch sind
Nicht alle Stoffe reagieren gleich stark auf Magnetfelder. Ferromagnetische Materialien wie Eisen, Nickel und Kobalt besitzen Bereiche, in denen atomare magnetische Momente bereits ausgerichtet sind, die sogenannten Weißschen Bezirke. In unmagnetischem Zustand heben sich diese Bezirke gegenseitig auf. Ein äußeres Magnetfeld richtet sie gleichmäßig aus, wodurch der Stoff selbst magnetisch wird. Weichmagnetische Stoffe verlieren diese Ausrichtung schnell und eignen sich für Elektromagnete, während hartmagnetische Stoffe die Ausrichtung behalten und als Dauermagnete dienen. Die meisten anderen Materialien reagieren nur extrem schwach und werden daher als nichtmagnetisch bezeichnet.

Das Erdmagnetfeld und seine Bedeutung
Die Erde verhält sich näherungsweise wie ein Stabmagnet, dessen Feld durch Ströme im flüssigen äußeren Erdkern entsteht, dem Geodynamo. Der magnetische Nordpol fällt nicht genau mit dem geografischen Nordpol zusammen und wandert zudem langsam über die Oberfläche. Das Erdmagnetfeld schützt die Erde vor geladenen Teilchen des Sonnenwinds, die entlang der Feldlinien zu den Polen gelenkt werden und dort Polarlichter erzeugen. Kompassnadeln richten sich nach den Feldlinien aus, weshalb die Abweichung zwischen magnetischer und geografischer Nordrichtung, die Missweisung, bei genauer Navigation berücksichtigt werden muss.