Magnete

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Magnete 2017-05-17T19:50:20+00:00

http://magnete.org/wp-content/uploads/2015/09/hufeisenmagnet.jpgSie kommt scheinbar aus dem Nichts und kann dennoch von jedem leicht beobachtet werden: die Kraft der Magnete. Erinnern Sie sich noch daran, wie Sie als Kind völlig fasziniert mit zwei Magneten gespielt haben, sie immer wieder zueinander führten und von der seltsamen, unsichtbaren Anziehungskraft in ihren Bann gezogen wurden?

In der Vergangenheit wurden Magnete und die dahinter steckende Kraft, der Magnetismus, oft als etwas Geheimnisvolles, Mystisches betrachtet. Kein Wunder, kann man doch diese mysteriöse Kraft weder sehen noch hören noch fühlen. Doch sie ist da, die Magnetkraft – immer und an vielen verschiedenen Stellen auf unserer Erde.

Machen wir also Schluss mit Vermutungen und Halbwahrheiten und schauen uns einmal ganz genau an, wie Magnete funktionieren und was man alles damit machen kann.

Wie funktionieren Magnete?

Grundsätzlich gilt: Die Kraft der Magnete ist wirklich nichts Neues. Bereits vor Jahrtausenden wurde der Magnetismus genutzt, zunächst unbewusst, später dann bewusst für ganz bestimmte Einsatzzwecke. Nach und nach wurden unzählige Versuche mit Magneten und dem Magnetismus allgemein durchgeführt, bis er auch wissenschaftlich erklärbar war.

Der erste Kontakt mit dem Magnet

In der ersten Annäherung an den Magnetismus nehmen wir uns einen gewöhnlichen Stabmagneten zur Hand. Dieser klassische Magnet besitzt an jedem Ende einen sogenannten Pol. Ähnlich wie bei unserer Erde spricht man auch hier von einem Südpol und einem Nordpol. Dabei gilt grundsätzlich: Gleiche Pole stoßen sich ab, ungleiche Pole ziehen sich an. Sofern wir also zwei Magnete zur Hand nehmen und dieser zueinander führen, werden sich Nord-und-Nord sowie Süd-und-Südpol gegenseitig abstoßen, während sich Nord- und Südpol – egal auf welcher Seite – magnetisch anziehen.

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Apropos Nord- und Südpol: Uns Menschen wurde der Magnetismus quasi seit Urzeiten in die Wiege gelegt. Auch auf der Erde gibt es einen Nord- und einen Südpol, und der gesamte Planet ist von einem Magnetfeld umgeben. Sie glauben das nicht? Der eindeutige Beweis für diese Theorie ist ein handelsüblicher Kompass. Er beinhaltet eine kleine, sehr leicht bewegliche Nadel aus Metall, die sich an dem angesprochenen Magnetfeld der Erde ausrichtet und somit immer nach Norden weist.

Alles wird von den Magnetfeldern bestimmt

Die Kraft des Magneten bzw. der dahinter steckende Magnetismus wirken nicht etwa nur an einem Punkt, sondern in einem Feld, das folgerichtig Magnetfeld genannt wird. Neben der Magnetkraft kann man auch das dazugehörige Magnetfeld nachweisen bzw. sichtbar machen. Dies erreichen wir beispielsweise, indem wir eine größere Anzahl von Kompassen in einen Karton legen und darauf einen Stabmagneten legen. Nun können wir beobachten, wie sich die einzelnen Nadeln jedes Kompasses entlang der (gedachten) magnetischen Feldlinien ausrichten.

Die magnetischen Feldlinien sind also nicht sichtbar, sie dienen uns lediglich als Hilfe, um das magnetische Feld zu verstehen. Grundsätzlich gibt es unendlich viele dieser Linien, die zudem jeweils einen geschlossenen Kreis ergeben, also über keinen Anfang und auch kein Ende verfügen. Nimmt man alle Feldlinien zusammen, ergibt sich daraus das gesamte magnetische Feld.

Woraus bestehen Magnete?

ferro-magnetismusAm bekanntesten ist uns Menschen der sogenannte Ferromagnetismus. Bezeichnet werden damit die magnetischen Eigenschaften von einer Gruppe von Stoffen, die besondere materialspezifische Eigenschaften aufweisen. Dabei spricht man auch von den Weiss- Bezirken, spezielle Atomansammlungen, die einem Stoff eine dauerhafte magnetische Funktion verleihen. Somit werden die Atome in einer bestimmten Folge ausgerichtet, was die magnetische Funktion nach sich zieht.

Das bekannteste Material mit ferromagnetischen Eigenschaften ist Eisen. Kein Wunder also, dass uns Menschen vorwiegend magnetische Materialien aus diesem Werkstoff bekannt sind. Dabei eignet sich reines Eisen jedoch relativ schlecht, um es zu magnetisieren. Für die Herstellung von Permanentmagneten werden daher zumeist Eisenwerkstoffe verwendet, die mit Kohlenstoff legiert sind. Dabei spricht man auch von Stahl.

In den letzten Jahren und Jahrzehnten hat man in der Herstellung von Magneten jedoch Fortschritte gemacht, weswegen die herkömmlichen Stahlmagneten heute in vielen Bereichen von echten Hightech-Materialien abgelöst werden, die noch bessere Materialeigenschaften aufweisen. Hierbei handelt es sich beispielsweise um gesinterte Materialien aus Barium- oder Strontiumhexaferrit, die zusätzlich mit Eisenoxid versehen und im Anschluss magnetisiert wurden.

Doch diese Werkstoffe stellen immer noch nicht die Spitze in der Entwicklung von immer neuen und stärkeren Magneten dar. Den Stand der Technik bilden heute die sogenannten Supermagnete aus Werkstoffen wie Neodym oder Samarium, die zu den Seltenerdmetallen gehören und in verschiedenen Bereichen der Erdkruste zu finden sind.

Welche Arten von Magneten gibt es?

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen verschiedenen Arten von Magneten. So gibt es beispielsweise die Leiter, welche ausschließlich dann Magnetfelder erzeugen können, wenn sie mit elektrischem Strom beaufschlagt sind. Auf der anderen Seite gibt es die sogenannten Dauermagneten. Diese weisen unabhängig davon, ob sie mit Strom durchflossen werden, immer eine magnetische Wirkung auf. Eine Unterart der Dauermagneten sind außerdem jene Materialien, die einen schwachen Magnetismus aufweisen. Sie können magnetisiert werden, bleiben in diesem Zustand dann aber nur für eine begrenzte Zeit. Sie verlieren also ihre Magnetfunktion irgendwann wieder.

Bleiben wir noch etwas bei den Permanentmagneten, die auch als Dauermagneten bezeichnet werden. Wie kann ein solcher Magnet dauerhaft die entsprechende Kraft ausüben, ohne dass er mit Strom durchflossen wird? Die Lösung: Die innere Struktur des Permanentmagneten weist eine Vielzahl kleiner, sogenannter Elementarmagnete auf, die jeweils durch eine Ansammlung von Atomen gebildet werden. Dabei wird jedes Atom in seinem Kern von mindestens einem Elektron umkreist.

Wofür braucht man Magnete?

magnete in schulenDie Anwendung Demonstrationszwecken in Schulen etc. ist lediglich ein kleiner Abriss aus der bunten Vielfalt, mit der man Magnete im Alltag und in Industrie, Forschung etc. einsetzen kann. Das bedeutet konkret: Magnete werden heute in unzähligen verschiedenen Maschinen, Elementen, Fahrzeugen, Werkzeugen usw. eingesetzt – meist, ohne dass wir es überhaupt merken.

So finden sich Magnete beispielsweise in Automobilen, in jeder Armbanduhr, in Lautsprechern, Telefonen, Kühlschränken usw. Beispiel Lautsprecher: Ohne den Einsatz eines Magneten würde ein Lautsprecher schlichtweg nicht funktionieren. Wir benutzen hierfür Magnetfelder, um den Schall zu erzeugen bzw. zu übertragen.

Überhaupt kommen im industriellen Bereich heute an unzähligen stellen Magnete zum Einsatz. Während beispielsweise in Uhren sehr kleine und vergleichsweise schwache Magnete genutzt werden, die für den präzisen Lauf des Uhrwerkes sorgen, nutzt man die neuartigen Supermagnete aus Neodym o. ä. für vielfältige industrielle und gewerbliche Anwendungen. Und auch Elektromagnete werden im industriellen Bereich für viele unterschiedliche Zwecke gebraucht. Ein gutes Beispiel dafür ist die Sortierung von Abfallstoffen in der Altmetallverwertung. Hierfür kommen auf Schrottplätzen und in Recyclingzentren riesige Elektromagnete zum Einsatz, die an Kränen befestigt werden. So können vermischte Werkstoffe wie Kunststoff, Holz und Metall leicht getrennt werden, indem man mit dem extrem starken Elektromagneten einfach über die Stoffe hinwegfährt, nachdem dieser mit Strom beaufschlagt wurde. Die Magnetkraft wird nun dafür sorgen, dass sämtliche Metallteile angezogen werden und an dem Magneten haften bleiben. Nun können sie abtransportiert und an beliebiger Stelle gelagert werden. Zum Entfernen der Metallteile, die am Magneten haften, wird einfach der Stromfluss unterbrochen, so dass auch die Magnetwirkung ausgeschaltet ist. Die Metallteile fallen dann einfach wieder ab.

Elektromagnete Überhaupt spielen Permanentmagnete und Elektromagnete in der Elektrotechnik und in der Mess- und Regeltechnik eine besonders große Rolle. Insbesondere die Sensorik kommt heute überhaupt nicht mehr ohne den Einsatz von Magneten aus. Man denke beispielsweise an moderne Alarmanlagen, die mit Magnetschaltern versehen sind. Eine solche Konstruktion ist sehr einfach und trotzdem wirksam. Wird der Magnetschalter unterbrochen, fließt kein Strom mehr in einem Indikationsstromkreis und die Alarmanlage kann ausgelöst werden.

Die immer stärker und präziser werdenden Magnete mit ihren neuartigen Materialien wie Neodym oder Samarium sorgen dafür, dass die Anwendungszwecke von Magneten sowohl in der Industrie als auch in unserem Alltag immer breiter gefächerter werden. Heutzutage gibt es auf dem Markt bereits kleinste Supermagnete, die extreme Kräfte besitzen. Mit diesen Bauteilen wird vielfältig experimentiert, teilweise kommen sie bereits in fertigen Produkten zum Einsatz. Ein Beispiel hierfür ist die Fahrzeugtechnik. Da unsere Autos durch die wachsende Größe, die immer komplexere Technik etc. seit Jahren auch immer schwerer werden, sucht die Industrie nach alternativen Fertigungsmethoden, die vorrangig Gewicht einsparen. Die Anwendung von Magneten ist hier eine adäquate Möglichkeit. So können beispielsweise schwere Befestigungselemente mit Schweißnähten oder einer Vielzahl von Schrauben durch kleine und leichte Magnete ersetzt werden, die eine ähnliche oder sogar noch bessere Festigkeit bieten.

Wieso haben Magnete bestimmte Farben?

stabmagnetNicht nur bei den Magneten für Schul- und Lehrzwecke, sondern auch bei Werkzeugmagneten sowie solchen, die industriell verwendet werden, finden wir häufig farblich markierte Stellen. So besitzen viele Stabmagneten beispielsweise eine rote und eine blaue oder grüne Seite. Das Geheimnis dahinter ist ganz einfach: Mit den unterschiedlichen Farben kennzeichnet man die Pole. Dies erleichtert die Handhabung macht auf den ersten Blick kenntlich, mit welchem Pol wir es gerade zu tun haben. So ist der Pluspol bei Permanentmagneten stets rot eingefärbt, der Minuspol wird mit blauer Farbe gekennzeichnet.