Welche Stoffe werden von einem Magnet angezogen?

Transkript

1 1 Magnetismus

2 2 Inhalt Welche Stoffe werden von einem Magnet angezogen?... 3 Die gegenseitige Anziehung zwischen Eisen und Magnet... 4 Die Pole des Magneten... 5 Anziehung und Abstoßung zwischen Magnetpolen... 6 Durch welche Stoffe geht das Magnetfeld hindurch?... 7 Experiment zum Nachweis des Magnetfelds der Erde... 8 Magnetisierung hörbar gemacht... 9 Abschirmung des Magnetfelds durch Eisen Stehende Welle mithilfe eines wechselndes Magnetfelds... 11

3 3 Welche Stoffe werden von einem Magnet angezogen? Magnet, verschiedene Gegenstände aus verschiedenen Stoffen Die Schülerinnen und Schüler überprüfen, welche Gegenstände vom Magnet angezogen werden! Sie schreiben ihre Vermutung auf, aus welchem Material diese Dinge sein könnten. Ergebnis: Die Gegenstände, die der Magnet anzieht, sind aus Eisen. Von einem Magnet werden angezogen: Eisen, Kobalt, Nickel und einige Metalllegierungen.

4 4 Die gegenseitige Anziehung zwischen Eisen und Magnet Wagon mit Stativstange Wagon mit Magnet 2 Modellbahnwagons, gerade Modellbahnschiene, kurze Stativstange, zylindrischer Magnet, Gummiringerl, allenfalls OH-Projektor OH-Projektor Auf dem Dach des einen Modellbahnwagons wird mittels Gummiringerl der kurze Stativstab befestigt, auf dem anderen der zylindrische Permanentmagnet. a) Im ersten Experiment hält man den Magnetwagon fest und lässt den Eisenwagon los. b) Im zweiten Experiment hält man den Eisenwagon fest und lässt den Magnetwagon los. c) im dritten Versuch lässt man beide Wagons gleichzeitig los. Beobachtungen: a) Der Eisenwagon bewegt sich auf den Magnetwagon zu. b) Der Magnetwagon bewegt sich zum Eisenwagon. c) Beide Wagons setzen sich in Bewegung. Erkenntnis: Zwischen dem Eisen und dem Magnet wirkt eine gegenseitige Anziehungskraft. Tipp: Mit dem beschriebenen Versuchsaufbau kann auch die gegenseitige Anziehung bzw. Abstoßung zwischen zwei Magneten gezeigt werden. Wenn der Versuch als Demonstrationsexperiment durchgeführt wird, empfiehlt sich der Einsatz des OH-Projektors.

5 5 Die Pole des Magneten kleine Eisennägel, Hufeisenmagnet, Stabmagnet, Blatt Papier Den Eisennägeln, die auf einem Blatt Papier liegen, wird zuerst ein Hufeisenmagnet, dann ein Stabmagnet genähert. Beobachtung: Die Nägel bleiben vor allem an den Enden der beiden Magnete hängen. Die Eisennägel werden durch magnetische Influenz magnetisiert. Der Magnet hat an seinen Enden den Polen die stärkste magnetische Kraft.

6 6 Anziehung und Abstoßung zwischen Magnetpolen Magnetnadel, Stabmagnet Dem Nordpol einer Magnetnadel wird einmal der Nordpol, dann der Südpol eines anderen Magneten (z. B. eines Stabmagneten) genähert. Das Experiment wird am Südpol der Magnetnadel wiederholt. Beobachtung: Nordpol und Nordpol (Südpol und Südpol) stoßen einander ab. Nordpol und Südpol (Südpol und Nordpol) ziehen einander an. Wagon mit Magnet Tipp: Das Experiment kann auch mit zwei Modellbahnwagons auf einem geraden Schienenstrang durchgeführt werden, in die man jeweils einen kleinen Stabmagnet (oder zylindrischen Magnet) legt. Bei unzureichender Materialausstattung für Schülerexperimente verwendet man ein magnetisiertes Laubsägeblatt, das man teilt. Den einen Teil lässt man in einer wassergefüllten Kunststoffschale (erhältlich im Geschirrhandel) schwimmen, mit dem anderen Teil nähert man sich dem Gefäß von außen. Je nach Polung wird das schwimmende Laubsägeblatt angezogen bzw. abgestoßen.

7 7 Durch welche Stoffe geht das Magnetfeld hindurch? Magnet Kunststofffolie (Holzbrett, Eisen) Büroklammer zylinderförmiger Magnet (oder Hufeisenmagnet), Büroklammer, Zwirn, Blatt Papier, Kunststofffolie (z. B. Overheadfolie), dünnes Holzbrett (z. B. Laubsägeholz), dünne Eisenplatte, Stativ und Stativmaterial Zwischen die Büroklammer, die im Magnetfeld schwebt, und den Magnet werden nacheinander ein Stück Papier, die Kunststofffolie, das dünne Holzbrett und eine dünne Eisenplatte geschoben. Beobachtung: Wenn man das Blatt Papier, die Kunststofffolie und das Holzbrett zwischen den Magnet und die schwebende Büroklammer schiebt, fällt sie nicht. Wenn man jedoch die Eisenplatte dazwischenschiebt, stürzt die Büroklammer ab. Das Magnetfeld durchdringt außer Eisen alle dazwischengeschobenen Stoffe.

8 8 Experiment zum Nachweis des Magnetfelds der Erde Magnetnadel a) Die Schülerinnen und Schüler merken sich die Richtung, in die die Magnetnadel zeigt, sobald sie zur Ruhe gekommen ist. b) Nun wird die Magnetnadel aus der Ruhelage gedreht und wieder losgelassen. Beobachtet wird wieder die Richtung, in die die ruhende Magnetnadel zeigt. Das Experiment wird mehrmals wiederholt. Beobachtung: Die Magnetnadel stellt sich immer in dieselbe Richtung ein. Die Magnetnadel richtet sich im Magnetfeld der Erde in Nord-Südrichtung aus. Tipp: Der Versuch kann auch mit einem magnetisierten Laubsägeblatt, das wegen der Oberflächenspannung auf der Wasseroberfläche schwimmt, durchgeführt werden.

9 9 Magnetisierung hörbar gemacht S zum Verstärker Eisendrähte (Kupferdrähte) Spule Spule mit wenigen Zentimetern Durchmesser und etwa Windungen aus lackisoliertem Kupferdraht, Eisendrähte und Kupferdrähte mit einigen Zentimetern Länge und etwa 1-2 mm Durchmesser, leistungsfähiger Verstärker, Permanentmagnet Beschreibung: Zunächst wird die Öffnung der Spule mit den Eisendrähten gefüllt, in einem weiteren Experiment mit den Kupferdrähten. Beide Male wird den Drähten ein Permanentmagnet genähert. Ergebnis: Wenn man den Magnet den Eisendrähten nähert, ist im Lautsprecher des Verstärkers ein Rauschen vernehmbar, das zunächst anschwillt und dann wieder abnimmt. Bei Verwendung der Kupferdrähte ist dies nicht der Fall. Bei der Magnetisierung des Eisens wird das Umklappen der Elementarmagnete durch Induktion in der Spule hörbar.

10 10 Abschirmung des Magnetfelds durch Eisen Kleines Kunststoffgefäß (z. B. Verpackung von Streichkäse o. Ä.), großes Kunststoffgefäß, Küchentopf (eisenhältig), 2 Stabmagnete Kleines Gefäß aus Kunststoff mit Stabmagnet ( Magnetschiffchen ) großes Gefäß aus Kunststoff Kleines Gefäß aus Kunststoff mit Stabmagnet ( Magnetschiffchen ) Durchführung und Beobachtungen: a) Das Magnetschiffchen wird in das wassergefüllte, große Kunststoffgefäß gestellt und der zweite Stabmagnet wird genähert. Beobachtung: Je nach Polung wird das Magnetschiffchen angezogen bzw. abgestoßen. b) Das Magnetschiffchen wird in den (eisenhältigen) Küchentopf gestellt und der Versuch wird wiederholt. Beobachtung: Das Magnetschiffchen reagiert nicht. Topf aus der Küche (eisenhältig) Das Magnetfeld durchdringt den Kunststoff, wird hingegen von Eisen abgeschirmt. Tipp: Statt des zweiten Stabmagneten, kann auch ein Elektromagnet (Spule mit Eisenkern) verwendet werden. Wenn man das Kunststoffgefäß verwendet, kann damit auch sehr einfach die Umkehr der Magnetpole bei Stromumkehr durch die Spule gezeigt werden.

11 11 Stehende Welle mithilfe eines wechselndes Magnetfelds Konstantandraht (Durchmesser: 0,4 mm; Länge: ca. 1,2 m), U-Kern, Polschuhe, Spule (1 200 Windungen, 1 Ampere), Krokoklemme, regelbare Gleichstromquelle, regelbare Wechselstromquelle, Isolierklemme, Hakengewichte (4 N), Umlenkrolle, Stativmaterial Polschuh Isolierklemme Anschließen an Gleichspannung Konstantandraht, Durchmesser: 0,4 mm Drahtlänge: ca. 1,2 m Umlenkrolle Krokoklemme Anschließen an Wechselspannung Spannkraft: 4 N Der Versuch wird mithilfe von Stativmaterial wie in der Abbildung aufgebaut. Nach dem Anlegen der Gleichspannung an die Spule und der Wechselspannung an den Konstantandraht beginnt der Konstantandraht zu schwingen. Durch Verschieben des Elektromagneten (U-Kern mit Spule) wird jene Position ermittelt, bei der sich am Konstantandraht eine stehende Welle ausbildet. Die Amplitude der Schwingung kann einerseits durch Erhöhen der Stromstärke in der Spule und andererseits durch Erhöhen der Stromstärke im Konstantandraht beeinflusst werden. Wenn man die Stromstärke bis zum Glühen des Konstantandrahts erhöht, unterscheiden sich die Schwingungsknoten und Schwingungsbäuche durch unterschiedlich starkes Glühen besonders schön.