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Magnetisches Feld von Permanentmagneten

Sichtbarmachung des Magnetfeldes

Wie schon im elektrischen Feld wollen wir auch für die magnetischen Phänomene den Begriff des Feldes einführen. Der Feldbegriff wird uns später dazu dienen, die Kraftwirkungen zwischen Magneten besser beschreiben zu können. Das Feld vermittelt auch besser den Eindruck, an jedem Punkt des Raumes vorhanden zu sein und nicht nur dort, wo sich beispielsweise gerade eine Kompassnadel befindet. Bedenken Sie zum Beispiel die Tatsache, dass ein Stabmagnet auch dann eine Kraftwirkung auf eine Büroklammer oder einen Nagel ausübt, wenn er nicht unmittelbar damit in Kontakt kommt.

Das Feld eines Stabmagneten übt auf die Kompassnadel Kräfte aus, die bewirken, dass sich diese auf eine bestimmte Art ausrichtet. Grob gesagt zeigt die Nadel von Nord nach Süd, d.h. die Spitze der Nadel zeigt in Richtung Südpol des Stabmagneten und das hintere Ende in Richtung Nordpol des Stabmagneten. Genauer betrachtet finden folgende Vorgänge statt:

  • Der Nordpol des Stabmagneten übt auf die Spitze der Nadel eine abstoßende Kraft aus.
  • Der Nordpol des Stabmagneten übt auf das hintere Ende der Nadel eine anziehende Kraft aus.
  • Der Südpol des Stabmagneten übt auf die Spitze der Nadel eine anziehende Kraft aus.
  • Der Südpol des Stabmagneten übt auf das hintere Ende der Nadel eine abstoßende Kraft aus.

Die vektorielle Summe dieser Kräfte bewirkt die Ausrichtung der Nadel.

Abb.1
Abb.2

Die Bilder zeigen die Kräfte von Nord und Südpol auf jeweils einen Punkt im Raum. Links ein Punkt, der genau in der Mittelebene des Stabmagneten liegt. Rechts ein Punkt, der sich näher am Nordpol als am Südpol befindet. Die Gesamtkraft zeigt die Richtung der Feldlinie an diesem Punkt (siehe Kapitel magnetische Feldlinien.

Um einen umfassenderen Einruck vom magnetischen Feld des Stabmagneten zu erhalten, kann man sehr viele Kompassnadeln in dessen Umgebung aufstellen. Dies wird in der folgenden Abbildung gezeigt.

Abb.3

Stabmagnet mit einem Raster von Kompassnadeln. Die Nadeln richten sich im Feld des Magneten aus.

Das Bild vermittelt den Eindruck, dass sich die Kompassnadeln entlang bestimmter Linien ausrichten. Dies sind die so genannten Feldlinien, die wir auch schon im elektrischen Feld kennen gelernt haben. Eine genauere Definition der Feldlinie im magnetischen Feld erfolgt weiter unten. Zuvor soll noch ein verbreitetes Verfahren zur Sichtbarmachung des Magnetfeldes vorgestellt werden.

Arbeitsauftrag

Sie benötigen einen Magneten, eine Glasscheibe oder Plexiglasplatte und feine Eisenspäne. Legen Sie den Magneten auf einen Tisch und die Glasplatte waagerecht darüber. Nun streuen Sie maßvoll Eisenspäne auf die Platte. Sie können sehen, dass sich die Späne entlang der Feldlinien anordnen.

Dieser Versuch funktioniert analog zu dem Versuch zur Sichtbarmachung der Feldlinien im elektrischen Feld. Er ist jedoch mit weniger Aufwand durchführbar, da man hier kein Schwimmmittel (Kunststofffasern in Rizinusöl) benötigt.

Die einzelnen Eisenspäne werden im Feld des Magneten magnetisiert, genau wie der Nagel im obigen Experiment. Daraufhin richten sie sich wie Kompassnadeln im Feld aus und bilden Ketten, wie die Büroklammern im obigen Experiment. So ergibt sich das Feldlinienmuster. Es fällt auf, dass dieses Muster symmetrisch zu den beiden Symmetrieachsen des Stabmagneten ist.

Abb.4

Stabmagnet mit Feldlinienmuster aus Eisenspänen.

Link: Sichtbarmachung des elektrischen Feldes

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