Aufg. 2 Lös. Stärke von Magneten

ForscherInnenwerkstatt Physik 01-2012
Aufgabe 2
Stärke eines Magneten
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​
Lösung
Ferromagnetismus - Magnetfeld - U-Magnet - Magnetisierung - Magnetpole
Ergebnis
1.
Auf Grund der Feldlinienskizze vermutet man, dass der U-Magnet an seinen Enden größte Stärke (stärkstes
Magnetfeld) hat.
2.
​Die Feldverteilung eines U-Magneten wird dadurch verdeutlicht, dass an seine Pole wesentlich mehr Nägel
gehängt werden können als an seine Mitte, wenn die Nägel an der Mittellinie seiner Unterseite angeordnet
werden. Man hängt an jeder Position ab 0cm einen Nagel an den U-Magneten und an diesen den nächsten,
usw., so viele der Magnet dort trägt. Das Ergebnis sieht z. B. so aus (mit 40mm-Nägeln):
Position 0
cm
Nägel
4
Zahl
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
4
5
5
5
4
4
4
4
4
4
Man erkennt: Die „Tragfähigkeit“ des Magneten ist nicht wie vermutet am Ende am größten sondern etwa in
1/3 der Entfernung von der Mitte an.
Erklärung
In einem äußeren magnetischen Feld wird Eisen zu einem Dipolmagnet. Dessen Dipolmoment ist parallel zu den
Feldlinien gerichtet, die das Eisen durchdringen (ferromagnetische Eigenschaften des Eisens). Ändert sich die
Feldstärke entlang dieser Feldlinien, wirkt auf den Eisen​Dipolmagneten eine Kraft, in Richtung zunehmender
Feldstärke.
Die übereinander angeordneten Nägel ziehen sich auch gegenseitig an. So bilden sich an den Polen lange Nagelketten.
Die Feldlinien, die die an den Enden des U-Magneten aufgehängten Nägel durchdringen, verlaufen schräg nach hinten
zum anderen Pol gekrümmt oder sogar horizontal (siehe Abbildung 1). In Richtung dieser Feldlinien ändert sich die
magnetische Feldstärke wenig, sondern hauptsächlich senkrecht zu den Feldlinien. Deshalb erfahren die Eisennägel
geringe Anziehungskraft zum U-Magneten hin. Die Nägel werden in Querrichtung magnetisiert und können deshalb in
Längsrichtung keinen weiteren Nagel polarisieren und anziehen.
Siehe unten stehendes Foto.
Abb. Tragfähigkeit eines U-Magneten (mit 40mm-Nägeln)