Abgeleitete physikalische Größen
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L 73: Grundlagen für das Lernen in Physik (Elektrizitätslehre Jahrgangsstufe 10) Lehrbuch Magnetismus – Einführung Die Grundlage der Naturwissenschaften sind Beobachtungen, die man in der Natur machen kann. Ohne Beobachtungen kann man keine naturwissenschaftlichen Erkenntnisse gewinnen. Grundlagen der Erkenntnisbildung Der Mensch vergleicht dann seine neuen Beobachtungen und versucht sie mit Hilfe seiner Erfahrungen zu erklären. Mitunter tauchen Beobachtungen auf, für die der Mensch keine Erklärungen besitzt. Dann „wundert“ es sich und untersucht die Bedingungen, unter den diese neuen Beobachtungen auftreten. Findet er dabei Regelmäßigkeiten, fasst er diese Regeln zu „Naturgesetzen“ zusammen. Um sich schnell und präzise mit anderen Menschen verständigen zu können, benennt er diese Erscheinungen mit speziellen Ausdrücken, die dann Fachausdrücke genannt werden. Fachausdrücke dienen demnach der Verständigung von Fachwissenschaftlern untereinander. In der Frühzeit der Menschheit beobachtete der Mensch, dass es verschiedene Stoffe gibt. Eine Sorte von Stoffen hatte einen besonderen Glanz. Diese Stoffe leiteten die Wärme gut, so dass er daraus Gefäße machte, in denen er seine Speisen aufbewahrte und zum Verzehren garen konnte. Er nannte diese Stoffe Metalle. Später erkannte man, dass alle Metalle außer dem typischen Glanz und der guten Wärmeleitfähigkeit auch den elektrischen Strom gut leiten. Zu den Metallen gehören die Elemente Gold (gelb glänzend), Silber (weiß glänzend)und Kupfer rot glänzend). Diese Metalle wurden schon früh als Schmuckmetalle eingesetzt. Dann gibt es noch die Metalle Eisen (grauschwarz glänzend), Kobalt und Nickel (bläulich-weiß glänzend), Blei (schwarz glänzend). Diese Metalle sind gute Werkstoffe zur Erzeugung von Stahl der für Waffen, Rüstungen und Verschlüssen genutzt wurden. Heute finden noch Chrom (silbrig glänzend) und Zink (grau glänzend) Verwendung als Überzüge, um Eisen vor dem Verrosten zu schützen. Jedes Kleinkind stellt fest, dass alle Gegenstände zu Boden fallen. Ohne die genauen Ursachen bis heute zu kennen, sagt man, dass alle Gegenstände von der Erde angezogen werden. Man nennt diese Anziehungskraft der Erde Schwerkraft. Einen Raum, in dem Kräfte wirksam sind, nenn man ein Feld. Die Erde besitzt ein Schwerefeld. Es war eine besondere Überraschung für die Menschen im Altertum, dass es Metalle gab, die sich gegenseitig anzogen. Das war ein natürliches Mineral, das in Kleinasien gefunden wurde und Magnetit genannt wird. Man nennt diese Erscheinung magnetische Wirkung, Magnetismus. Um Magnetismus zu erkennen, benötigt man mindesten zwei Stoffe. Wenn nur ein Stoff davon ein Magnet ist, bemerkt man mitunter, dass andere Stoffe angezogen werden. Kann man die beiden Stoffe drehen und wenden, wie man will und sie ziehen sich immer an, so handelt es sich bei dem anderen Stoff in der Regel um die Stoffe Eisen, Kobalt oder Nickel. Bringt man zufällig zwei Magnete zusammen, so stellt man wieder überraschend fest, dass sich nicht nur anziehen können. Dreht man einen dieser beiden Stoffe um 180°, dann stoßen sich die beiden Magnete ab. Ein Magnet hat daher zwei verschiedenen wirkende Enden, die man magnetische Pole nennt. Legt man ein Stück Magnetit auf ein Holzbrett, so dass es frei beweglich auf einer Wasser schwimmt, so erkennt man, dass sich der Magnetit in eine bestimmte Richtung dreht. Die Erde ist offenbar ein riesiger Magnet und besitzt demnach nicht nur ein Schwerefeld, sondern auch ein Magnetfeld. Magnete, die man benutzt um den geografischen Nordpol zu finden, nennt man Kompass. Der geographische Nordpol liegt in der Antarktis. Die Magnete zeigen mit dem einen Ende dorthin. Das Ende der Magnete, das nach Norden zeigt nennt man den Nordpol des Magneten. Wenn also der Nordpol eines Magneten zum geografischen Nordpol zeigt, muss sich am geografischen Nordpol ein magnetischer Südpol befinden! Nähert man nun die beiden Enden zweier Magnete, die beide nach Norden zeigen, aneinander, so stoßen sich diese Enden ab. Daraus folgt, dass sich Nordpole abstoßen. Dreht man nun beide herum, so erkennt man, dass sich auch die beiden Südpole abstoßen. Man fast diese Beobachtung zu einem Naturgesetz zusammen. Für Magnete gilt: gleiche Pole stoßen sich ab und nur ungleiche Pole ziehen sich an. Der Mensch kann die magnetische Wirkung nicht unmittelbar erkennen. Deshalb kennzeichnet man bei Magneten den Nordpol mit rot, den Südpol mit grün. Eselsbrücke: Nord rot, Südpol grün. Mit diesen Grundwissen ist es sehr einfach, die Denkweise eines Naturwissenschaftlers kennen zu lernen. Metalleigenschaften Metalle Schwerkraft Feld Schwerefeld Magnetische Anziehung Magnetismus Magnetische Abstoßung Kompass Festlegung Nordpol magnetischer Südpol Anziehung Abstoßung Farbkennzeichnung Forschendes Denken Es gilt die Frage zu lösen: Wie viele Teile aus Eisen, Kobalt oder Nickel benötigt man, um herauszufinden, wie viele Magnete man vorliegen hat und welche Teile davon magnetisch sind. Fall 1: alle drei Teile ziehen sich untereinander nicht an. Dann hat man keinen Magneten. Fall 2: zwei Teile ziehen sich an. Dann hat man mindestens einen Magneten. Man weiß aber noch nicht, welcher das ist oder ob man zwei Magneten hat. Fall 2a: Man dreht einen der beiden sich anziehenden Teile um. Werden beide weiter nur angezogen, dann ist nur einer der beiden ein Magnet. Man weiß nun immer noch nicht, welcher der Magnet ist. Fall 2b: die beiden Teile stoßen sich ab. Dann sind beide Teile Magnete. Fall 2aa: Man nimmt ein Teil der beiden in Fall 2a geprüften Teile und hält sie an das dritte Teil. Angenommen, beide ziehen sich nicht an, dann sind beide keine Magnete und nur das weggelegte Teil ist ein Magnet. Fall2ab: Angenommen, die beiden Teile ziehen sich an, dann ist mindestens eines davon ein Magnet. Fall2ac: Nun dreht man diese beiden Teile um. Stoßen sich ab, so sind beides Magnete. Ziehen Sie sich an, so ist nur das letzte Teil ein Magnet. Wenn man das so geschrieben liest, scheint das sehr schwer zu sein. - Probier es aus, wenn man Spaß am Herausfinden hat, ist es leicht! Man kann jetzt probieren den Nordpol vom Südpol zu trennen, indem man ihn durchbricht oder durchsägt. Prüft man nun die beiden Teile wie oben beschrieben auf Magnetismus, stellt man fest, dass plötzlich beide Teile wieder vollständige Magnete sind. © 2005 HMTC Halbmikrotechnik Chemie GmbH; Lernbuch Untrennbare Pole
