ROSITZ. Magnetismus und der Zusammenhang zum elektrischen Strom. ZfP-Sonderpreis der DGZfP beim Regionalwettbewerb Jugend forscht

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1 ZfP-Sonderpreis der DGZfP beim Regionalwettbewerb Jugend forscht ROSITZ Magnetismus und der Zusammenhang zum elektrischen Strom Maya Beyer Mirja Rausch Leopold Schmidt Schule: Staatliche Grundschule Gefell Jugend forscht 2017

2 Staatliche Grundschule Gefell Magnetismus und der Zusammenhang zum elektrischen Strom Gemeinschaftsarbeit von: Leopold Schmidt Maya Beyer Mirja Rausch

3 Inhaltsverzeichnis: 1. Kurzfassung 2. Die Geschichte der Magnete 2.1 Die Herkunft des Namens 2.2 Was ist Magnetit? 2.3 Entstehen von Magnetit 2.4 Vorkommen von Magnetit 3. Verschiedene Formen von Dauermagneten 3.1 Stabmagneten 3.2 Scheibenmagneten 3.3 Kugelmagneten 3.4 Hufeisenmagneten 3.5 Aus welchen Materialien bestehen Dauermagneten? 4. Kräfte zwischen Magneten und ferromagnetischem Material 4.1 Anziehungskraft 4.2 Abstoßung zwischen Magneten 5. Experimentieren mit Magneten 5.1 Anziehungskräfte zwischen Magneten und ferromagnetischem Material 5.2 Überprüfung der Anziehungskraft eines Magneten durch verschiedene Materialien hindurch 5.3 Anziehung und Abstoßung an den Magnetpolen 5.4 Die Haftkraft eines Magneten 5.5 Magnetisierung von Gegenständen aus Eisen 5.6 Sichtbarmachen magnetischer Kräfte

4 6. Bau und Wirkungsweise eines einfachen Kompasses 6.1 Begriff Kompass 6.2 Aufbau eines Magnetkompasses 6.3 Wirkungsweise eines Magnetkompasses 7. Der Zusammenhang zwischen Magnetismus und Strom 7.1 Nachweis des Elektromagnetismus 7.2 Die Kraft des magnetischen Feldes 7.3 Die Kraft in Dauermagneten 7.4 Die Bedeutung der Forschungsergebnisse Amperes 8. Schlussbetrachtung 9. Quellenverzeichnis 10. Anhang

5 1. Kurzfassung der Arbeit: Wir beschäftigen uns in unserem Projekt mit der Frage, was eigentlich Magnetismus ist, aus welchen Materialien Magnete bestehen, woher ihre Kräfte kommen und wovon ihre Stärke abhängig ist. Wir betrachten unsere Erfahrungswelt näher und erforschen den wirtschaftlichen Nutzen magnetischer Kräfte. Wir lernen den Zusammenhang zwischen einem magnetischen und einem elektrischen Feld kennen. Mit der freundlichen Unterstützung des Ausbildungszentrums der Thüringen Energie erhalten wir hierzu vielfältige Unterstützung.

6 2.Die Geschichte der Magnete Die Geschichte der Magnete begann mit ersten Funden von Magnetsteinen, die genauer als Magneteisensteine- und ab 1845 als Magnetit- bezeichnet werden. Viele Wissenschaftler haben sich seitdem mit den besonderen Kräften dieses Gesteines beschäftigt. Zeitpunkt Persönlichkeit Forschungsergebnisse 624 v. Chr. Thales von Milet erste Aufzeichnungen über Magnetsteine 200 v. Chr. Hanfuzius Verwendung des Magnetsteinlöffels in China fünf Erwähnungen der magnetischen Kraft um 1200 Alexander Neckam erste Erwähnung des Kompasses 1269 Petrus Peregrinus macht Experimente mit Magneten entdeckt die Dipolarität und deren Unzerstörbarkeit 1600 William Gilbert entdeckt Übereinstimmung des Erdmagnetfeldes zu den Magnetsteinen Erklärung des Kompasses durch Beschreibung der Erde als großen Magneten 1750 John Mitchell entdeckt, dass beide Pole eines Magneten gleich stark sind und erzeugt erstmals künstliche Magneten ohne Verwendung von Magnetsteinen 1820 Hans Christian Oersted entdeckt, dass ein elektrischer Strom durch einen Draht Kompassnadeln senkrecht zum Draht auslenkt 1820 Andre Marie Ampere zeigt, dass stromdurchflossene Drähte, Kräfte aufeinander ausüben 1821 Michael Faraday bringt einen stromdurchflossenen Draht zur dauernden Rotation um einen Magneten und baut damit den ersten Elektromotor 1831 Michael Faraday entdeckt die Induktion Einführung des Magnetischen Flusses 1834 Michael Faraday entdeckt den Transformatoreffekt und die Selbstinduktion 1838 Michael Faraday entdeckt Übereinstimmung von induzierter Elektrizität in Isolatoren und induziertem Magnetismus in magnetischen Materialien 1846 Michael Faraday veröffentlicht Vermutung, dass Licht elektromagnetischen Ursprungs ist 1864 James Clerk Maxwell vervollständigt seine Abhandlung über die gemeinsame Beschreibung der Elektrizität und des Magnetismus

7 2.1.Herkunft des Namens Die Herkunft des Namens lässt sich heute nicht eindeutig nachvollziehen, da verschiedene Aussagen in der Literatur zu finden sind. Magnetit heißt in der griechischen Sprache lethos magnes. Nach der Legende vom griechischen Hirten Magnes, der auf dem Berg Ida mit seinem eisenbeschlagenen Stock und mit den Nägeln seiner Schuhe am Magnetitgestein hängen geblieben wäre. Die Bezeichnung stammt eher von der Landschaft Magnesia in Thessalien, einem Fundort der Magnetsteine. Andere Quellen geben die Stadt Magnesia in Kleinasien, in der heutigen Türkei, als Namensgeberin an Was ist Magnetit? Es handelt sich hierbei um ein meist schwarzes Mineral aus Eisen und Sauerstoff (Eisenhydroxid). 2.3 Wie entstand es? Magnetit entstand auf natürliche Weise durch den Vulkanismus und hat die Fähigkeiten des Magnetismus. 2.4 Vorkommen Heute werden unsere Magnete meist industriell hergestellt. Sie werden als Dauermagneten bezeichnet. Es existieren jedoch auf der ganzen Welt noch natürlich vorkommende Magnetit- Steine, z.b. in Bolivien, Chile, Marokko, in den USA und in Mitteleuropa. Über 9600 Fundstellen des Magnetgesteines sind bisher nachgewiesen. 3. Verschiedene Formen von Dauermagneten 3.1 Stabmagneten Als Stabmagnet bezeichnet man quaderförmige oder zylindrische Magnete, die jeweils einen Nord- und einen Südpol besitzen. Die magnetischen Pole liegen immer entlang der längsten Symmetrieachse. In der Mitte besitzt ein Stabmagnet keine Anziehungskraft. 3.2 Scheibenmagneten Ein Scheibenmagnet ist eine Abwandlung eines zylindrischen Stabmagneten. Es handelt sich um einen gestauchten Stab, bei dem der Radius größer als die Höhe des Zylinders ist. Die Pole befinden sich an den Enden des Zylinders, also an der Ober- und Unterseite des Magneten.

8 3.3 Kugelmagneten Ein Kugelmagnet hat jeweils zwei gegenüberliegende Pole (ähnlich wie die Erdkugel mit Nord- und Südpol). Durch seine spezielle Form lassen sich aus mehreren Magneten auch Ringe bzw. Ketten bilden. 3.4 Hufeisenmagneten Ein Hufeisenmagnet ist ein gebogener Stabmagnet. Ebenso hat er zwei Pole an den Enden. Den Hufeisenmagneten zeichnet insbesondere das annähernd gleichförmige Magnetfeld im Inneren aus Aus welchen Materialien bestehen Dauermagneten? Dauermagneten bestehen meist aus Legierungen mit einem hohen Anteil Eisen, Kobalt, Nickel oder Ferrit. Dieses Material wird auch als ferromagnetisch oder magnetisierbar bezeichnet. 4. Kräfte zwischen Magneten und ferromagnetischem Material 4.1 Anziehungskraft Die magnetische Anziehungskraft bezeichnet eine physikalische Kraft, die zwischen Magneten (wenn sie mit ungleichen Polen gegeneinander gerichtet sind), von einem Magneten auf andere magnetisierbare Materialien und stromdurchflossene Leiter wirkt und zu einer Annäherung führt. 4.2 Abstoßung zwischen Magneten Die magnetische Abstoßung bezeichnet eine physikalische Kraft, die zwischen Magneten beim Annähern zweier gleicher Pole wirkt und zu einem Auseinanderstreben der Magnete führt.

9 5.Experimentieren mit Magneten 5.1 Anziehungskraft zwischen Magneten und ferromagnetischem Material Welche Gegenstände werden von einem Magneten angezogen? Gegenstand Vermutung wird angezogen Ergebnis wird angezogen Aluminiumschraube x Eisenschraube x x Stoff Büroklammer x x Haushaltsgummi Alufolie x Eisennagel x x Aluminiumnagel x Holzplättchen Keramikplättchen Eisenplättchen x x Kunststoffplättchen Tonpapier Kupferring x Erkenntnis: Ein Magnet zieht nur Gegenstände an, die ein bestimmtes Metall enthalten: Eisen. Alufolie und Aluschraube bestehen auch aus einem Metall, aber nicht aus einem eisenhaltigen Metall. 5.2 Überprüfung der Anziehungskraft eines Magneten durch verschiedene Materialien hindurch Versuch 1: In ein mit Wasser gefülltes Glas wird eine Büroklammer gegeben. Ein Stabmagnet liegt bereit. Kann man die Klammer aus dem Wasser holen, ohne sie zu berühren? Vermutung: Der Stabmagnet zieht die Büroklammer an. Erkenntnis: Der Magnet wirkt durch Materialien wie Wasser und Glas hindurch.

10 Versuch 2: Auf einer Pappe liegt eine Büroklammer. Unter der Pappe soll ein Stabmagnet bewegt werden. Was geschieht mit der Büroklammer? Vermutung: Die Büroklammer bewegt sich über die Pappe. Der Versuch wird wiederholt, wobei die Pappe durch eine dünne Holzplatte ersetzt wird. Erkenntnis: Der Magnet wirkt auch durch Pappe und Holz hindurch. 5.3 Anziehung und Abstoßung an den Magnetpolen Wie wirken zwei Stabmagneten aufeinander? Wo haben sie die höchste Kraft? Material: 2 Stabmagnete, 10 Büroklammern Vermutung: Die Magneten ziehen sich an, aber wenn man sie umdreht, dann drücken sie sich weg. An den Polen werden die Büroklammern angezogen. Beobachtung: Kurzzeitig bildet sich eine Kette, so dass die Büroklammern aneinander haften. Dann fallen sie wieder ab. In der Mitte der Stabmagneten halten die Büroklammern hingegen nicht. Erkenntnis: Die Bereiche eines Magneten mit der größten magnetischen Kraft werden Magnetpole genannt. Jeder Magnet hat zwei Pole, einen Nordpol und einen Südpol. Zwischen Magneten wirken Kräfte, genau wie zwischen elektrisch geladenen Teilchen. Je nach der Stellung der Magnete zueinander ziehen sie sich an oder stoßen sich ab. Gleichnamige Pole stoßen sich ab und ungleichnamige Pole ziehen sich an. Am größten ist die Magnetkraft an den Enden eines Magneten, den sogenannten Magnetpolen. Die Mitte der Magneten verhält sich dagegen fast unmagnetisch. In der Kette wird jede Büroklammer vorübergehend magnetisiert. Diese Art des übertragenen kurzzeitigen Magnetismus nennt man induzierter Magnetismus. 5.4 Die Haftkraft eines Magneten Warum sind kleine Magneten manchmal stärker als Größere? Die Haftkraft eines Magneten hängt vom Material des Magneten, seinem Volumen und der Auflagekraft ab. Ihre Größe wird mit der Einheit T (Tesla) angegeben.

11 Die Haftkraft hängt auch von dem angezogenen Material ab. Sie ist beispielsweise an einem massiven Stahlblock größer als an einem dünnen Blech, da der Magnet auch in die Tiefe des Materials wirkt und die induzierte Magnetwirkung größer wird. Werden zwei Magnete mit den gleichen Polen zusammengedrückt, verdoppelt sich die Haftkraft, da jetzt zwei Magnete auf der doppelten Fläche wirken können. Werden zwei Magnete mit entgegengesetzten Polen hintereinander gelegt, dann wird die Haftkraft nicht verdoppelt, weil jetzt der eine Magnet durch den anderen wirken muss. Liegen zwei Magnete mit entgegengesetzten Polen aufeinander, dann geht die größte Kraft zum anderen Magneten hin und die Haftkraft nach außen zu einem ferromagnetischen Körper hin schwächt sich deutlich ab. Auch die Temperatur kann eine Rolle spielen: Je wärmer ein Magnet wird, desto geringer wird seine Kraft. Dieses Phänomen ist auf die Brownsche Molekularbewegung zurückzuführen. Sie besagt, dass kleinste Einheiten bei steigender Temperatur zunehmend Bewegungsenergie entwickeln. Bei hohen Temperaturen geraten somit die Elementarmagnete aus ihrer einheitlich ausgerichteten Position- das Magnetfeld verringert sich. 5.5 Magnetisierung von Gegenständen aus Eisen Das Herstellen eines Magneten Material: 1 Eisennagel, 1 Stabmagnet, 3 Büroklammern Auftrag Halte den Eisennagel an die Büroklammer! Streicht mit einer Polspitze des Stabmagneten 50x in eine Richtung! Haltet den Nagel wieder an die Büroklammer! Klopft den Nagel 5x auf den Tisch! Beobachtung Die Klammer hält nicht. Die Klammer hält. Die Klammer hält nicht. Begriff: Elementarmagneten Jedes ferromagnetische Material enthält kleinste magnetische Einheiten, die sich wie winzige Magnete verhalten und einen Nord- und einen Südpol besitzen. Es sind also auf der Ebene der Atome Kräfte vorhanden, die wie Magnete wirken. Man spricht von sogenannten Elementarmagneten. Sind die Elementarmagnete eines Materials alle in Richtung eines Poles ausgerichtet, ist das Material magnetisch. Sind die Elementarmagnete dagegen ungeordnet, hebt sich ihre magnetische Wirkung nach außen hin auf.

12 Erkenntnis: Bei der Magnetisierung werden nahezu alle Elementarmagnete in die gleiche Richtung gedreht. Die ist durch ein äußeres Magnetfeld möglich. Streicht man mit einem möglichst starken Magneten (mit immer demselben Pol) gleichmäßig und ruhig mindestens 50- mal in einer Richtung über den Eisennagel, richten sich die Elementarmagnete darin wie Kompassnadeln aus. Diese Ausrichtung bleibt auch erhalten, wenn das äußere Magnetfeld (Magnet) nicht mehr vorhanden ist, da sich die Elementarmagnete gegenseitig anziehen und somit in Position halten. Ein Magnet ist entstanden. Im Gegensatz zu industriell hergestellten Dauermagneten (oder Magnetitsteinen) kann ein selbst hergestellter Magnet seine Nord- und Südpolausrichtung auch wieder ändern, wenn er gewisse Zeit einem anderen Magnetpol oder einem starken elektromagnetischen Feld ausgesetzt wird. Materialien, die ihren Magnetismus ganz oder fast vollständig wieder verlieren, wenn sie sich nicht mehr in einem magnetischen Feld befinden, nennt man temporäre Magnete. Der Magnet jedoch, mit dem ein anderer Magnet durch vielfaches Darüberstreichen hergestellt wird, verliert auch bei mehreren Magnetisierungsvorgängen nichts von seiner magnetischen Kraft. Solche Dauermagneten behalten auch beim Durchtrennen ihre magnetische Wirkung, da die Ordnung der Elementarmagnete bestehen bleibt. Magnete können auch wieder entmagnetisiert werden. Dabei wird die gemeinsame Richtung der Elementarmagnete gestört. Dies geschieht z.b. wenn ein magnetisches Eisenstück erhitzt wird. Die Elementarmagnete geraten durch die steigende Temperatur zunehmend in Bewegung. Ab einer bestimmten Temperatur können sich die Elementarmagnete nicht mehr gegenseitig in ihrer gemeinsamen Richtung halten: Das Eisenstück verliert seine Haftkraft und ist entmagnetisiert. Dieser Temperaturpunkt ist bei jedem magnetischen Material unterschiedlich. Aber auch starke Erschütterungen, wie ein Hammerschlag, sehr starkes Aufklopfen auf einen Tisch oder Herunterfallen auf einen harten Boden, können die Ordnung der Elementarmagnete zerstören und somit die magnetische Wirkung aufheben. 5.6 Sichtbarmachen magnetischer Kräfte Begriff: Magnetisches Feld Der Raum, in dem die Kraft eines Magneten wirkt, wird als magnetisches Feld bezeichnet. Begriff: Feldlinien Um die Ausrichtung des magnetischen Feldes grafisch zu beschreiben nutzt man Linien: magnetische Feldlinien. Diese grafische Hilfestellung dient dazu, die Wirkung eines Magneten im Raum anschaulich darzustellen. Die Anzahl der Feldlinien bzw. der Abstand zwischen ihnen gibt die Stärke der magnetischen Kraft eines Magneten an.

13 Wichtig ist es zu wissen, dass die Feldlinien lediglich der graphischen Vorstellung dienen. Sie sind nicht real. Feldlinien sind stets geschlossen und verlaufen außerhalb des Magneten vom Nordpol in Richtung Südpol. Im Inneren des Magneten müssen sie demnach vom Südpol zum Nordpol zurücklaufen. Untersuchen der Magnetfelder verschiedener Magnete mit Hilfe von Eisenspänen Magnetfeld eines Stabmagneten: (Abbildung: Siehe Anhang!) Magnetfeld eines Hufeisenmagneten: Die (gedachten) Feldlinien verlaufen vom Nordpol zum Südpol, also zwischen den beiden Enden des Hufeisenmagnetes, und im Inneren verlaufen sie parallel. (Abbildung: Siehe Anhang!) 6. Bau und Wirkungsweise eines einfachen Kompasses 6.1 Begriff Kompass Die Erkenntnis, dass sich Magneteisensteinsplitter in Nord- Süd- Richtung ausrichten, ist in Europa bereits seit Jahrhunderten bekannt. Die Chinesen nutzten dieses Wissen bereits seit dem 11. Jahrhundert zur Navigation. Als die magnetische Eigenschaft der Magnetit- Nadel in Europa entdeckt wurde, bezeichnete man das nach Norden weisende Ende der Nadel als dessen Nordpol. Erst sehr viel später erkannte man den physikalischen Hintergrund dieses Effekts, nämlich, dass sich bei Magneten immer gegensätzliche Pole anziehen. Da war die Bezeichnung der Polarität jedoch bereits definiert. Die Erde hat im geographischen Norden also einen (physikalisch gesehen) magnetischen Südpol. Etwa im Jahr 1400 bauten europäische Seefahrer die Kompassnadel mit einer Windrose in ein stabiles Gehäuse ein, um es fest auf ihren Schiffen zu stationieren. Dieser trockene Kompass war sehr viel genauer als die schwimmende Nadel der Chinesen und ermöglichte so eine bessere Navigation. Der Kompass wurde nicht nur bei der Seefahrt, sondern auch im Bergbau als Orientierungshilfe eingesetzt. 6.2 Aufbau von Magnetkompassen Der Magnetkompass besteht aus einem Gehäuse, in dem ein magnetischer Zeiger mit geringer Reibung drehbar gelagert ist. Zudem ist am Boden des Gehäuses unter dem Zeiger in der Regel eine Windrose angebracht. 6.3 Wirkungsweise eines Magnetkompasses Um sich mit Hilfe eines Kompasses orientieren zu können, muss sichergestellt sein, dass sich kein Magnet in der unmittelbaren Umgebung des Kompasses befindet, da dieser die Kompassnadel beeinflussen und das Ergebnis verfälschen könnte.

14 Ist kein Magnet in der Nähe, so zeigt die Kompassnadel nach kurzem Auspendeln in Richtung Norden. Nun muss der Kompass so lange gedreht werden, bis der Norden bzw. das N der Kompassrose mit der Spitze der Kompassnadel übereinstimmt. Bei Wanderkompassen wird die Kompassrose gedreht, da das Gehäuse zum Markieren der Strecke benutzt wird. Die Kompassrose zeigt nun die Himmelsrichtung am jeweiligen Standort an. Bau eines eigenen Kompasses Material: 1 Stabmagnet weiche Knetmasse 1 Schaumstoffplättchen 1 Kompassnadel 1 Kompassrose 1 Schale mit Wasser Arbeitsschritte: 1. Stelle die Schale mit Wasser bereit! 1. Schneide die Kompassrose aus und lege sie auf das Schaumstoffplättchen! 2. Setze den Stabmagneten so auf die Markierung, dass das N auf dem Magneten auf das N der Kompassrose zeigt! 3. Befestige die Kompassrose und den Magnet mit etwas Knetmasse! 4. Setze deinen Kompass nun langsam und möglichst waagerecht aufs Wasser und lasse ihn schwimmen! 7. Der Zusammenhang zwischen Magnetismus und Strom 7.1 Nachweis des Elektromagnetismus Der Elektromagnetismus wurde erstmals 1820 vom dänischen Wissenschaftler Christian Oersted nachgewiesen. Er stellte fest, dass man eine Kompassnadel ablenken kann, indem man sie in die Nähe eines Drahtes bringt, der von Strom durchflossen wird. Damit entdeckte er die magnetische Wirkung des elektrischen Stromes. Die ist der erste Beleg für den Zusammenhang von Elektrizität und Magnetismus. Erster Elektromagnet Im Jahre 1826 baute der Engländer William Sturgeon den ersten Elektromagneten. Elektromagnete- Kraft durch Strom Der Wissenschaftler Ampere fand heraus, dass Elektrizität und Magnetismus auf ein gemeinsames Naturgesetz zurückgehen.

15 Er entdeckte, dass ein elektrischer Leiter, der zu einer Spule aufgewickelt wird, sich genau wie der Magnet einer Kompassnadel verhält: Er richtet sich in N- S- Richtung aus. Ampere entdeckt eine Kraft- die Stromstärke (Einheit trägt seinen Namen) Das Messinstrument für die Stärke des Stromes ist bis heute das Amperemeter. 7.2 Die Kraft eines magnetischen Feldes Fließt in einem Kreislauf elektrischer Strom, entsteht ein magnetisches Feld. Ein zur Spule gewickelter Draht wirkt stärker magnetisch als ein einfacher Draht. Je mehr Windungen die Spule hat und je länger sie ist, desto stärker ist der Elektromagnet. Je größer die Stromstärke, desto höher ist die magnetische Kraft des Leiters. Strom in elektrischen Leitern wirkt magnetisch. 7.3 Die Kraft in Dauermagneten Jeder Körper besteht aus winzigen Teilchen - den Atomen. Jedes Atom verhält sich selbst wie ein kleiner Magnet, da in jedem Atom ein elektrischer Stromkreis ist. Auch bei Körpern, die nach außen nicht magnetisch sind, verhält es sich im Grunde so. Nur, dass die Atome von Magneten einheitlich ausgerichtet und damit auch nach außen magnetisch sind. Bei Nicht- Magneten sind die Atome kreuz und quer. Nach außen wirken solche Stoffe als nicht magnetisch. Der Ursprung des Magnetismus ist demnach Elektrizität. Ampere hat gezeigt, dass Magnetismus nicht auf der Wirkung eines geheimnisvollen Fluidums beruht, sondern auf der Wirkung von Elektronen- Strömen ( Molekularströme nach Ampere) 7.4 Bedeutung der Forschungsergebnisse Amperes Seine Erkenntnisse sind heute aus dem Alltag nicht mehr wegzudenken. Elektromagnete werden überall in Forschung und Technik eingesetzt: Elektronenmikroskope Kernspin - Tomographen (Medizin) Telefone Mikrophone Lautsprecher Magnetschwebebahn Hubmagnete

16 Bau eines Elektromagneten Material: eine Flachbatterie ein großer Eisennagel 150 cm isolierter Draht ca. 20 Büroklammern eine Eisenpulverbox Durchführung: Zuerst hielten wir den Eisennagel an die Büroklammern und beobachteten, was passiert. Am Nagel blieben keine Büroklammern hängen. Es ist kein Magnetfeld vorhanden. Als nächstes wickelten wir den Draht um den Eisennagel. Wir machten aus den Büroklammern einen kleinen Haufen. Nun schlossen wir die blanken Enden des Drahtes an die Batterie an. Anschließend tauchten wir den Nagel wieder in die Büroklammern. Wir stellten fest, dass zahlreiche Klammern am Nagel hängen blieben. Schlussfolgerung: Schließt man einen Draht an einen Stromkreis an, so fließt elektrischer Strom durch den Draht und erzeugt ein Magnetfeld. Den Beweis für ein vorhandenes Magnetfeld führten wir mit Hilfe der Eisenpulverbox durch. Hierfür hielten wir unseren Elektromagneten mit der Nagelspitze unter die Box. Nun bewegten wir die Nagelspitze langsam entlang der Box. Wir stellten fest, dass die Eisenspäne sich um die Nagelspitze ausrichten. Wickelt man diesen Draht mehrmals um einen Eisenkern, wird das Magnetfeld durch die vielen Windungen und den sich im Inneren befindenden Eisenkern verstärkt. Der Eisenkern wird magnetisiert und kann nun eisenhaltige Gegenstände, z. B. Büroklammern, anziehen. Wird der Stromfluss unterbrochen, verschwindet das Magnetfeld der Spule und der Eisenkern (Eisennagel) verliert größtenteils seine Anziehungskraft. Die Büroklammern werden von dem Elektromagneten nicht mehr angezogen und fallen ab.

17 Elektromagnet aufgewickelte Spule Darstellung des Magnetfeldes

18 8.Schlussbetrachtung: Das Forschungsthema Magnetismus und der Zusammenhang zum elektrischen Strom ist sehr umfassend. Um den vorgegebenen Rahmen nicht zu sprengen, war es uns nicht möglich, den Forschungsbereich Erdmagnetismus in die Projektarbeit aufzunehmen. Wir sind der Auffassung, dass dies als gesondertes Thema noch einmal aufgegriffen werden könnte. Bevor wir uns über ein halbes Jahr mit dem Thema auseinandersetzten, war uns nur bewusst, dass ein Magnet an der Tafel ein Blatt festhalten kann. Manchmal fällt der Magnet auf den Boden und haftet nicht an der Tafel. Wir kannten den Begriff Magnet, aber wir wussten nicht aus welchen Materialien er besteht und woran es liegt, dass manchmal ein kleiner Magnet viel stärker an der Tafel haftet als ein Großer. Das war ein besonderes Phänomen. Bei unserer Forschungstätigkeit unterstützte uns das Ausbildungszentrum der Thüringen Energie. Wir möchten uns an dieser Stelle besonders beim Ausbildungsleiter, Herrn Trümper, bedanken, der uns beim Bau eines Elektromagneten hilfreich zur Seite stand und uns einen Besuch im Umspannwerk Frössen ermöglichte. Ein herzliches Dankeschön geben wir auch an die Microtech Gefell weiter, die wir als Partner an unserer Seite hatten. Sie überließen uns den Rohling eines Mikrofones, um die magnetische Wirkungsweise am Objekt untersuchen zu können. Es ist kaum fassbar, in welcher Vielzahl von wirtschaftlichen Bereichen das Wissen um die Wechselwirkung zwischen Magnetismus und Elektrizität heute genutzt wird. Der Bau von Autos mit Elektromotoren oder das Verwenden von Festplattenlaufwerken als Datenspeicher in Computern wäre ebenso wenig möglich, wie das Ansehen eines Filmes auf einer DVD. Auch unser Strom, der durch die Hochspannungsleitungen über große Entfernungen transportiert wird, muss in Umspannwerken in Gleich- oder Wechselstrom umgewandelt werden, so dass wir ein elektrisches Gerät in Betrieb nehmen können. Ebenso bemerkenswert ist aber auch die Erkenntnis darüber, vor wieviel Jahren sich bereits die Wissenschaftler mit diesem Phänomen auseinandergesetzt haben erhielten Peter Grünberg und Albert Fert einen Physik- Nobelpreis. Bei ihrer Forschungsarbeit ging es um die Entwicklung von Leseköpfen bei magnetischen Festplatten.

19 9. Quellenverzeichnis o o o o o o o o Wissen macht AH! Magnetismus o Buch Magnetic- Magie o

20 10. Anhang Hufeisenmagnet Scheibenmagnet Stabmagnet Kugelmagnet