gnet? - Magnetismus
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! Mag netismus ! ! ! S. Schönenberger ! Theorieblatt Sekundarstufe I ! Inhaltsverzeichnis I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X. XI. XII. XIII. Magnetismus!im!Alltag! Was!ist!Magnetismus?! Was!sind!Magnete?!! Welche!Stoffe!sind!magnetisch?! Ist!Magnetkraft!übertragbar?! i. Vorgang!beim!Magnetisieren!(vereinfacht)! Elektromagnet!und!Dauermagnet! Oerstedts!Versuch! Magnetfelder! Der!Elektromagnet! ii. Der!elektrische!Gong! iii. Die!elektrische!Klingel! Der!Gleichstrommotor! Induktionsspannung! Der!Generator! iv. Turbine! v. Windenergieanlage! vi. Autos!oder!Schiffe! Erdmagnetismus! vii. Kompass! ! 2! 2! 2! 3! 3! 3! 4! 4! 5! 6! 6! 7! 7! 8! 9! 10! 10! 10! 10! 11! ! ! LERNZIELE: ! • • • • • • • • • • • • ! Ich!kenne!mind.!!drei!verschiedene!Orte,!wo!Magnete!im!Alltag!verwendet! werden.! Ich!kann!in!2T3!Sätzen!Magnetismus!kurz!beschreiben.! Ich!kann!drei!verschiedene!magnetische!Stoffe!aufzählen.! Ich!kann!magnetische!Influenz!erklären.! Ich!kenne!die!Unterschiede!und!Gemeinsamkeiten!von!Elektromagneten!und! Dauermagneten.! Ich!kenne!den!OerstedtTVersuch!und!kann!ihn!erklären,!sowie!die!daraus! gewonnen!Erkenntnisse!(Wirkung!des!elektrischen!Stroms).! Ich!kenne!die!Eigenschaften!von!Dauermagneten!und!kann!sie!visualisieren! (Feldlinienbilder,!etc.)! Ich!kenne!das!Prinzip!des!Elektromagneten.! Ich!kenne!die!Versuche,!die!ich!mit!Magneten!durchgeführt!habe!und!kann!sie! erklären!und!skizzieren.! Ich!kenne!die!Funktion!eines!Gleichstrommotors!(Generator)!und!die!Funktion! einer!Induktionsspannung.! Ich!kann!erklären,!wie!ein!Kompass!funktioniert.! Ich!kann!den!Erdmagnetismus!in!2T3!kurzen!Sätzen!erklären.! ! 1! Mag netismus ! ! ! S. Schönenberger ! Theorieblatt ! Sekundarstufe I I. Magnetismus!im!Alltag! ! Magnete!sind!sehr!wichtig!in!unserem!Alltag.!In!der!Schule! begegnet!ihr!dem!Magnetismus!täglich,!denn!die! Wandtafel!zum!Beispiel!ist!magnetisch.!Zu!Hause!trefft!ihr! auf!den!Magnetismus!bei!Elektrogeräten,!Festplatten!im! Computer!und!dem!Kompass.!Zu!merken!ist:!Ohne! Magnete!gäbe!es!keinen!elektrischen!Strom!in!unseren! Haushalten.!Magnete!sind!wichtige!Bestandteile!von! Generatoren,!was!uns!aufzeigt,!dass!Magnetismus!und! Elektrizität!eng!miteinander!verbunden!sind.! Fahrraddynamo* ! II. III. Was!ist!Magnetismus?! ! Magnetismus!ist!eine!stoffliche!Eigenschaft,!die!schon!im!Altertum!in! Griechenland!und!in!China!bekannt!war.!Magnetismus!ist!ein!physikalisches! Phänomen.!Es!äussert!sich!als!Kraftwirkung!zwischen!Magneten,! magnetisierten!bzw.!magnetisierbaren!Gegenständen!und!bewegten! elektrischen!Ladungen.!Die!Kraft!wird!über!ein!so!genanntes!Magnetfeld! vermittelt.!Ein!magnetisches!Feld!ist!der!Bereich!um!einen!Magneten!herum,! in!dem!seine!Magnetkraft!wirkt.!Die!Wirkung!der!Magnetkraft!wird!durch! gebogene!Linien!dargestellt,!die!man!magnetische!Feldlinien!nennt.! ! !MERKE:! • Jeder!Magnet!ist!von!einem!Magnetfeld!umgeben.! • Das!Magnetfeld!kann!durch!Feldlinien!dargestellt!werden.! ! Was!sind!Magnete?! ! Ein!Magnet!ist!ein!Körper,!der!bestimmte!andere!Körper!magnetisch!anzieht! oder!abstösst.!Jeder!Magnet!besitzt!zwei!Pole.!Man!nennt!diese!beiden!Pole! NordE!und!Südpol.!Dort,!wo!die!Feldlinien!eintreten,!ist!der!Südpol!und!dort,! wo!die!Feldlinien!austreten,!ist!der!Nordpol.!Magnete!verhalten!sich!nach!dem! Grundsatz!„Gegensätze!ziehen!sich!an“.!Wenn!man!Magnete!so!ausrichtet,! dass!Südpol!auf!Nordpol!trifft,!dann!ziehen!sie!sich!an.!Trifft!aber!Südpol!auf! Südpol!oder!Nordpol!auf!Nordpol,!so!stossen!sie!sich!ab.! An!den!Polen!hat!ein!Magnet!seine!stärkste!Kraftwirkung.!In!der!Mitte,!der! sogenannten!indifferenten!Zone,!ist!kaum!eine!Kraftwirkung!vorhanden.! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 2! Mag netismus ! ! S. Schönenberger ! ! Theorieblatt Sekundarstufe I ! ! ! IV. Welche!Stoffe!sind!magnetisch?! Der!bekannteste!Grundstoff,!der!magnetisch!wirkt,!ist!Eisen.!Doch!neben! Eisen!gibt!es!noch!andere!Stoffe,!die!eine!magnetische!Wirkung!haben.!Diese! Stoffe!nennt!man!ferromagnetische!Stoffe!(lat.!ferrum!=!Eisen),!wegen!ihrer! ähnlichen!Eigenschaft!wie!Eisen.!Bei!Raumtemperatur!sind!folgende! Elemente!respektive!Metalle!in!Reinform!ferromagnetisch:!Eisen,!Kobalt!und! Nickel.!Bei!tieferen!Temperaturen!gibt!es!noch!andere!Stoffe,!die!aber!hier! nicht!relevant!sind.!! Im!Alltag!werden!häufig!ferromagnetische!Legierungen,!also! ferromagnetische!Mischungen,!verwendet.!Ein!Beispiel!davon!wäre! „Mumetall“,!eine!weichmagnetische!Legierung!aus!Nickel!und!Eisen,!mit! Spuren!von!Kobalt.! Ferromagnetismus!tritt!normalerweise!nur!im!festen!Aggregatszustand!auf.! ! V. Ist!Magnetkraft!übertragbar?! ! Nähert!man!einem!Eisenstück!einen!Magneten!an,!so!wird!dieses!selbst! Text für Inhaltsverzeichnis: magnetisch.!Diesen!Vorgang!nennt!man!magnetische!Influenz.!Influenz!hat! die!Bedeutung!von!„Beeinflussung“.!Diese!„Beeinflussung“!funktioniert!bei! allen!magnetisierbaren!Stoffen.!Eisen!lässt!sich!durch!Influenz!schnell! magnetisieren,!ist!dann!auch!stark!magnetisch,!verliert!aber!den! Magnetismus!schnell!wieder.!Stahl!(veredeltes!Eisen)!jedoch!ist!schwer!zu! magnetisieren,!bleibt!aber!länger!magnetisch.! Wieder!entmagnetisieren!kann!man!die!Körper!zum!Beispiel!durch!starke! Erschütterung.! Fachlicher Hinte ! i.!Vorgang!beim!Magnetisieren!(vereinfacht):! ! Man!kann!annehmen,!dass!jeder!ferromagnetische!Stoff!aus!kleinen,!aber! Was geschieht eigentlich beim Magnetisieren? Dieser Vorgang ist nicht einfach zu erklären. vollständigen!Magneten!aufgebaut!ist.!Diese!Magnete!nennt!man! Vereinfacht gesprochen, können wir annehmen, dass ferromagnetische Stoffe – also Eisen, Nickel, Elementarmagnete.!Sie!sind!nicht!starr,!sondern!können!kleine! Kobalt – aus kleinsten, aber vollständigen Magneten, den so genannten Elementarmagneten, aufgeDrehbewegungen!machen.!Man!spricht!davon,!dass!sie!sich!ausrichten! baut sind. Diese Elementarmagnete sind nicht starr, sondern können kleine Drehbewegungen auskönnen.!Streicht!man!in!eine!Richtung!mit!einem!Magneten!über!einen! führen. Sie können sich ausrichten! ferromagnetischen!Stoff,!dann!richten!sich!die!Elementarmagnete!so!aus,!dass! Durch Streichen mit einem Magnet werden die Elementarmagnete ausgerichtet und der ferroder!ferromagnetische!Stoff!selbst!zum!Magneten!wird.! magnetische Körper wird selbst zu einem Magnet. ! ! unmagnetischer Stahl magnetisierter Stahl magnetisierter Stahl ! ! ! ! ! ! Magneti ! ! ! In einem unmagnetischen Eisen sind die Elementarmagnete ungeordnet! In einem Magnet sind die Elementarmagnete ausgerichtet. Bricht ein Magnet, werden wieder vollständige Magnete aus den Stäben. 3! Wie ist das mit dem Erdmagnetismus? Da sich Magnete in Nord-Süd-Richtung einpendeln, magnetische Mag netismus ! ! ! ! Der Magnetkompass besteht aus einer beweglichen M häuse, in dem die Magnetnadel möglichst reibungsfrei ! che Kompassgeräte auch mit einer Flüssigkeit gefüllt! S. Schönenberger Befindet sich in der Nähe der Magnetnadel Eisen, so w Theorieblatt Auf eisernen Schiffen wird daher statt eines Magnetko Sekundarstufe I und nach einem verwendet, der keinen Magnet enthält VI. Experimente: Elektromagnet!und!Dauermagnet! ! Elektromagnet:! ! Als!Elektromagnet!wird!eine!Spule!bezeichnet,! N die!bei!Stromdurchfluss!magnetisch!wird.!Der! Elektromagnet!besteht!aus!einem!Eisenkern!und! + einem!aufgewickelten!Draht!(Spule).!Man!kann! ihn!einE!und!ausschalten!sowie!die!Stärke!des! Magnetfeldes!ändern,!was!einen!entscheidenden! Vorteil!gegenüber!Dauermagneten!bringt.! S Elektromagnete!haben!einen!NordT!und!Südpol.! Diese!befinden!sich!an!der!Spulenöffnung.!! ! Dauermagnet:! ! Ein!Dauermagnet,!auch!Permanentmagnet!genannt,! © besteht!aus!einem!Stück!eines!hartmagnetischen! Materials.!Zum!Beispiel!Legierungen!aus!Eisen,! Kobalt,!Nickel!oder!Ferrite.!Er!behält!ein!statisches! Magnetfeld.!Es!wird!kein!Stromfluss!benötigt.!An! der!Oberfläche!eines!Dauermagneten!befindet!sich! je!ein!oder!mehrere!NordE!und!Südpole.!! Materialien:*Stahl,*Aluminium5Nickel5Kobalt5 Legierung*(mit*Eisen*legiert),*Bismanol*(Bismut,* Mangan*und*Eisen*legiert)*und*hartmagnetische* Ferrite*(nicht*oder*schlechte*elektrische*Leiter).* Letztere*werden*bei*Gleichstrommotoren,* Haftmagneten*und*elektrodynamischen*Lautsprechern*häufig*verwendet.* * Die Versuche „Zeig mir die Richt schäftigen sich mit dem Erdmagn Wie funktioniert Wie schon anfangs scher Strom, der du Magnetfeld erzeugen den Leiter angeordne Wickelt man diesen L wirken die Magnetfel Das entstehende Fe man jetzt noch eine durch das magnetisc Der Vorteil des Ele ausgeschaltet werde 2008 education highway - www.technikdetektive.at ! VII. Oerstedts!Versuch! ! 1820!demonstrierte!der!dänische! Physiker!Hans!Christian!Oerstedt! eine!bislang!unbekannte! Begleiterscheinung!des!elektrischen! Stroms.!Er!hatte!einen!geraden! Draht!so!über!eine!Magnetnadel! gespannt,!dass!dieser!in!die!gleiche! Richtung!wie!die!Magnetnadel! zeigte.!Hat!man!den!Strom! eingeschaltet,!wurde!die! Magnetnadel!abgelenkt.!Wurde!der!Stromkreis!wieder!unterbrochen,! pendelte!die!Magnetnadel!in!ihre!Ausgangslage!zurück.!Aus!dieser! Beobachtung!schloss!Oerstedt,!dass!der!elektrische!Strom!eine!magnetische! Wirkung!ausübt.!Zudem!machte!er!noch!eine!andere!Entdeckung.!Tauschte!er! ! 4! Mag netismus ! W ! SW ! NW S. Schönenberger ! ! N Text für Inhaltsverzeichnis: Kompassnadel Theorieblatt Sekundarstufe I O S NO die!Anschlussstellen!der!Batterie,!so!wurde!die!Magnetnadel!in!die!andere! Richtung!abgelenkt.!Somit!hatte!Oerstedt!einen!einT!und!ausschaltbaren! Magneten,!also!einen!Elektromagneten!entdeckt.! Magnetismus ! Fachlicher Hintergrund ! SO rose N VIII. Magnetfelder! ! Nach Europa gelangte der Kompass über die Araber im 12. Jahrhundert. N O Seine heutige Form erhielt der Magnetkompass im 13. Jahrhundert angeblich v Wie!schon!bei!!!!!!!Magnetismus!erwähnt,!ist!ein!magnetisches!Feld!der! fahrern aus Amalfi, wo heute noch Flavio Giova als Erfinder des Kompasses m Bereich!um!einen!Magneten!herum,!in!dem!seine!Magnetkraft!wirkt.!Die! Hafen geehrt wird. Die großen Entdeckungsfahrten waren nur durch den Einsatz des Magnetkomp Wirkung!der!Magnetkraft!wird!mit!den!magnetischen!Feldlinien!beschrieben.! eht aus einer beweglichen Magnetnadel, einer Windrose und einem Ge! Zielrichtung nadel möglichst! reibungsfrei gelagert ist. Aus diesem Grund werden manMERKE:! Nach! Definition! treten! die! Feldlinien! am! Nordpol! aus! und! am! Südpol! mit einer Flüssigkeit• gefüllt! wieder!ein.! • Die! Feldlinienrichtung! ist! als! positiv! definiert,! wenn! sie! vom! NordT! zum!Südpol!zeigt.! der Magnetnadel Eisen, so wird die Magnetnadel abgelenkt. • Die!Feldlinien!berühren!sich!nie.! daher statt eines Magnetkompasses ein so genannter „Kreiselkompass“ ! Windrose Kompassnad Man!kann!Feldlinien!gut!mit!Eisenspänen!oder!Magnetnadeln!sichtbar! gnet enthält und nach einem anderen Prinzip funktioniert. machen.!Es!gibt!aber!Unterschiede!in!den!Magnetfeldern!von!Dauermagneten! und!Elektromagneten.! ! Der Magnetkompass besteht aus einer beweglichen Magnetnadel, einer Wind xperimente: ! häuse, in dem die Magnetnadel möglichst reibungsfrei gelagert ist. Aus diesem DauermagnetEFeldlinien:!! Kompassgeräte auch mit einer Flüssigkeit gefüllt! beie Versuche „Zeig mir die Richtung, Magnet“ undche„Bau dir einen Kompass“ Je!nach!Form!des!Magneten!ändert!sich!auch!die!Form!der!Feldlinien! Befindet sich in der Nähe der Magnetnadel Eisen, so wird die Magnetnadel abg chäftigen sich mit dem Erdmagnetfeld. respektive!des!„FeldlinienTMusters“.! Auf eisernen Schiffen wird daher statt eines Magnetkompasses ein so genann ! verwendet, der keinen Magnet enthält und nach einem anderen Prinzip funktion ElektromagnetEFeldlinien:!! Experimente: Die!magnetischen!Feldlinien!bilden!geschlossene!Kreise!um!den!Draht!herum.! Die Versuche „Zeig mir die Richtung, Magnet“ und „Bau dir ! schäftigen sich mit dem Erdmagnetfeld. ! Wie funktioniert ein Elektromagnet? ! Wie funktioniert ein Elektromagnet? ! Wie schon anfangs erwähnt, kann ein elektriWie schon anfangs erwähnt, kann ein ele N ! scher Strom, der durch einen Leiter fließt, scher Strom, der durch einen Leiter fließt, ein Magnetfeld erzeugen. Dieses ist kreisförmig ! den Leiter angeordnet. ! + Magnetfeld erzeugen. Dieses ist kreisförmig um Wickelt man diesen Leiter zu einer Spule auf ! wirken die Magnetfelder zusammen. den Leiter! angeordnet. Das entstehende Feld ist dem eines Stabm man jetzt noch einen Eisenkern in diese S ! durch das magnetische Feld magnetisiert. ! S Vorteil des Elektromagnets liegt darin Wickelt man diesen Leiter zu einer Spule auf, so Der ausgeschaltet werden kann. Strom fließt – ! W N O SO S NO SW NW N W N wirken die Magnetfelder zusammen. ! Elektromagnet*Feldlinien* Dauermagnet*Feldlinien* Das entstehende Feld ist dem !eines Stabmagnets gleich. Steckt ! noch einen Eisenkern in diese Spule, so wird dieser man jetzt © ! durch das magnetische Feld magnetisiert. ! ! Der Vorteil des Elektromagnets liegt darin, dass er ein- und ! ausgeschaltet werden kann. Strom fließt – der Eisenkern 5!wird 2008 education highway - www.technikdetektive.at Mag netismus ! ! ! S. Schönenberger ! Theorieblatt Sekundarstufe I ! ! IX. Der!Elektromagnet! ! Wie!oben!schon!erwähnt,!besteht!ein!Elektromagnet!aus!einem!Eisenkern! und!einer!Spule.!Elektromagneten!werden!in!vielen!technischen!Geräten! verwendet.!Die!Anzahl!der!Windungen!von!der!Spule!spielen!dabei!eine! wichtige!Rolle.!Wenn!durch!zwei!Spulen!mit!unterschiedlicher!Windungszahl! der!gleich!starke!Strom!fliesst,!so!hat!die!Spule!mit!höherer!Windungszahl! ein!stärkeres!Magnetfeld!als!die!andere.!Der!Grund!dafür!ist,!dass!die! Feldlinien!in!jeder!Windung!in!dieselbe!Richtung!verlaufen!und!das! Magnetfeld!verstärken.!Liegen!nun!viele!Windungen!eng!beieinander,!so!wird! die!Verstärkung!noch!grösser.! Wird!die!Stromstärke!erhöht,!wird!die!Magnetnadel!stärker!abgelenkt.!Somit! ist!die!Kraftwirkung!des!Elektromagneten!grösser.!Es!gilt:!Je!grösser!die! Stromstärke!in!der!Spule,!desto!stärker!ist!das!Magnetfeld!der!Spule.! Auch!der!Eisenkern!im!Innern!hat!Einfluss!auf!die!magnetische!Wirkung! (verstärkt!diese).!Ein!Eisenstück!wird!von!einem!Elektromagneten!mit! Eisenkern!stärker!angezogen!als!vom!Elektromagneten!ohne!Eisenkern!(nur! Spule!mit!Stromfluss).! ! Anwendungsbeispiele:! ! ii.!Der!elektrische!Gong:! ! Der!elektrische!Gong!besteht!aus!einer!Spule,!einem!Eisenkern!und!zwei! Metallplatten.!Wenn!man!die!Klingel!drückt,!ist!der!Stromkreislauf! geschlossen!und!die!Spule!wird!zum!Elektromagneten.!Dadurch!wird!der! Eisenkern!in!die!Spule!hineingezogen!und!trifft!mit!dem!Ende!an!die!untere! Metallplatte,!was!ein!„Ding“(„ging“)!ertönen!lässt.!Nach!dem!Loslassen!der! Klingel!ist!der!Stromkreis!unterbrochen!und!die!Spule!verliert!die! Magnetkraft.!Der!Eisenkern!wird!an!einer!Feder!zurückgezogen!und!trifft!so! mit!dem!anderen!Ende!an!die!obere!Metallplatte.!Dieser!Mechanismus!lässt! ein!„Dong“(„gong“)!ertönen.! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 6! Mag netismus ! ! ! S. Schönenberger ! Theorieblatt Sekundarstufe I ! iii.!Die!elektrische!Klingel:! ! Der!Klöppel!wird!vom!Elektromagneten!angezogen,!sobald!der!Stromkreis! geschlossen!wird.!Durch!seine!Eigenbewegung!(schnell!hin!und!her)! unterbricht!und!schliesst!er!solange!den!Stromkreis,!wie!der!Schalter! geschlossen!bleibt,!also!solange!wie!die!Klingel!gedrückt!wird.!! ! ! ! ! ! ! ! ! Klöppel! ! ! ! ! ! ! ! !MERKE:! • Bei!gleich!starkem!Stromfluss!hat!die!Spule!mit!der!höheren! Windungszahl!ein!stärkeres!Magnetfeld.! • Je!grösser!die!Stromstärke!in!der!Spule,!desto!stärker!ist!das! Magnetfeld!der!Spule.! • Der!Eisenkern!in!der!Spule!verstärkt!die!magnetische!Wirkung.! • Elektromagnete!werden!in!vielen!elektrischen!Geräten!verwendet,!um! den!Strom!einT!und!auszuschalten.! ! ! ! !!Lies!die!Seite!41!im!Buch!Natur*bewusst*7/8*Physik,*Chemie,*Biologie*zum! Thema!Relais.!Schreibe!wichtige!Aussagen!zum!Thema!ab!und!mache!eine! Skizze!dazu.! ! ! X. ! Der!Gleichstrommotor! ! Elektromotoren!werden!in!vielen!Geräten!verwendet!und!nehmen!uns! Menschen!schwere!körperliche!Arbeit!ab!(zum!Beispiel!in!Kränen!oder! Bohrmaschinen).!Grosse!Elektromotoren!treiben!Lokomotiven!an.!Doch!auch! in!Haushaltgeräten,!wie!Waschmaschinen,!Mixer!oder!CDTPlayer,!findet!man! solche!Motoren.!Winzige!Elektromotoren!bewegen!die!Zeiger!in!einer! Armbanduhr.! Ein!Elektromotor!besteht!aus!einer!Spule!mit!Eisenkern!und!einem! Dauermagneten,!welcher!von!einem!Magnetfeld!umgeben!ist.!In!diesem! ! 7! Mag netismus ! ! ! S. Schönenberger ! Theorieblatt Sekundarstufe I ! Magnetfeld!befindet!sich!die!drehbare!Spule.!Wenn!elektrischer!Strom!fliesst! wird!diese!Spule!elektromagnetisch.!Durch!die!Kräftewirkung!der!beiden! Magneten!wird!eine!Bewegung!der!Spule!(vereinfacht!dargestellt:! Leiterschleife)!verursacht.! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !MERKE:! • In!einem!Gleichstrommotor!dreht!sich!eine!Spule!im!Magnetfeld!eines! festen!Magneten.! ! ! ! ! !!Die!Schritte!der!Drehbewegung!könnt!ihr!im!Buch!Natur*bewusst*7/8* Physik,*Chemie,*Biologie*auf!Seite!44!–!45!nachlesen!und!schreibt!wichtige! Aussagen!ab.! !!Lies!die!Seite!46!–!47!im!Buch!Natur*bewusst*7/8*Physik,*Chemie,*Biologie* zum!Thema!unterschiedliche!Gleichstrommotoren!durch!und!schreibe! wichtige!Aussagen!ab.! ! ! ! XI. ! Induktionsspannung! ! Wenn!ein!Magnet!in!der!Spule!bewegt!wird,!kann!man!eine!Spannung!messen.! Durch!die!Bewegung!wird!eine!Spannung!hervorgerufen,!die!man!induzierte! Spannung!oder!Induktionsspannung!nennt.!! Der!Fahrraddynamo!erzeugt!eine!notwendige!Spannung!für!die! Fahrradbeleuchtung.!Im!Innern!des!Dynamos!befinden!sich!eine!Spule!und! ein!zylinderförmiger!Magnet.!Der!Magnet!ist!über!eine!Achse!mit!den! Antriebsrädchen!verbunden.!Das!eine!Drahtende!der!Spule!ist!mit!dem! Gehäuse!des!Dynamos!verbunden,!das!andere!führt!zum!Anschluss!für!die! Lampenkabel.!Immer!wenn!sich!das!Antriebsrädchen!dreht,!dreht!sich!auch! ! 8! Mag netismus ! ! ! S. Schönenberger ! Theorieblatt Sekundarstufe I ! der!Magnet!in!der!Spule.!Diese!Bewegung!führt!zu!einer!messbaren!Spannung,! der!Induktionsspannung.!! Wenn!man!den!Magneten!umdreht!oder!in!die!Spule!hineinschiebt!und! anschliessend!herauszieht,!so!ändert!sich!die!Richtung!der! Induktionsspannung.!! Wenn!jedoch!weder!die!Spule!noch!der!Magnet!bewegt!werden,!wird!keine! Spannung!hervorgerufen.! Die!Induktionsspannung!hängt!von!der!Stärke!des!Magneten!und!von!der! Windungszahl!der!Spule!ab.!Werden!eine!Spule!mit!grosser!Windungszahl! und!ein!starker!Magnet!verwendet,!wird!auch!die!Induktionsspannung! grösser.!Als!Beispiel!kannst!du!wieder!den!Dynamo!nehmen.!Je!schneller!sich! das!Dynamorädchen!mit!dem!Magneten!dreht,!desto!heller!leuchtet!die! Fahrradlampe.! ! !MERKE:! • Ändert!sich!ein!Magnetfeld!in!einer!Spule,!entsteht!an!den!Enden!der! Spule!eine!Induktionsspannung.! • Je!schneller!sich!ein!Magnetfeld!ändert,!desto!grösser!ist!die! Induktionsspannung.! ! ! !!!Lies!die!Seite!51!im!Buch!Natur*bewusst*7/8*Physik,*Chemie,*Biologie*zu!den! Themen!Faradays!Versuch!zur!Induktion,!dynamisches!Mikrofon!und! Magnetschrift!lesen!durch.!Schreibe!dir!wichtige!Aussagen!ab.! ! ! ! XII. Der!Generator! ! In!Elektrizitätswerken!werden! Generatoren!zur! Spannungserzeugung!eingesetzt.! Der!Generator!besteht!aus!einer! Spule!mit!Eisenkern!und!einem! Magneten.!! Bei!dem!Generator!dreht!sich!ein! Magnet!in!einer!Drahtspule!und! erzeugt!so!elektrische!Spannung.! Eine!Spannung!wird!auch!erreicht,! wenn!sich!eine!Spule!in!einem! Magnetfeld!dreht.!Der!Strom! wechselt!bei!jeder!Umpolung!die! Richtung,!man!nennt!ihn!deshalb!Wechselstrom.! Um!höhere!Spannung!zu!erreichen,!erfolgen!folgende!Änderungen!im! Vergleich!zum!Dynamo:!! Statt!einer!Spule!(vgl.!Fahrraddynamo)!werden!mehrere!Induktionsspulen! um!den!Magneten!herum!angeordnet.!Es!werden!Spulen!als!Elektromagnete! ! 9! Mag netismus ! ! ! S. Schönenberger ! Theorieblatt ! Sekundarstufe I verwendet!(vgl.!Fahrraddynamo:!Dauermagnet).!Die!beiden!Enden!jeder! dieser!Spulen!sind!an!Schleifkontakte!angeschlossen.!!Über!die!Kontakte!wird! die!Spannung!an!dieser!Stelle!abgenommen.!! Ein!Drehstromgenerator!erzeugt!drei!zeitversetzte!Stromkreise.!! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! Beispiele:! ! iv.!Turbine:! Der!rotierende!Elektromagnet!ist!durch!eine!Achse!mit!der!Turbine!(Art! Schaufelrad)!verbunden.!Strömt!Wasser!oder!heisser!Wasserdampf!gegen!die! Turbine,!dreht!sich!die!WasserT!bzw.!Dampfturbine!und!treibt!den! Elektromagneten!im!Generator!an.! ! v.!Windenergieanlage:! Der!Elektromagnet!dreht!sich!mit!den!Rotorflügeln.! ! vi.!Autos!oder!Schiffe:! Die!Generatoren!werden!über!Verbrennungsmotoren!angetrieben.! ! XIII. Erdmagnetismus! ! Der!innere!Erdkern!besteht!hauptsächlich!aus!festem!Eisen!und!einem! geringen!Teil!Nickel.!Deshalb!lässt!sich!die!Erde!mit!einem!riesigen! Stabmagneten!vergleichen.!Allerdings!fallen!der!magnetische!Nordpol!und! Südpol!der!Erde!nicht!mit!dem!geographischen!NordT!bzw.!Südpol! zusammen.!Die!Magnetpole!N!und!S!liegen!in!etwa!entgegengesetzt!der! geografischen!Erdpole!(siehe!Grafik).!Die!Abweichung!des!magnetischen!Pols! im!Norden!vom!geographischen!Nordpol!nennt!man!Deklination.!Da!die! Verbindungslinie!der!magnetischen!Pole!gegenüber!der!Erdachse!um!etwa! 11,5°!geneigt!ist,!liegen!die!magnetischen!Pole!derzeit!etwa!2000!km!von!den! geographischen!Polen!entfernt.!Die!magnetischen!Pole!verändern!ihre!Lage! im!Verlauf!der!Zeit,!weil!der!Erdmagnetismus!auf!veränderlichen!Strömungen! im!metallischen!Erdkern!beruht.! ! 10! ! Mag netismus ! ! S. Schönenberger ! Theorieblatt ! Sekundarstufe I Die!magnetische!Wirkung!wird!durch!elektrische!Ströme!bei!der!Konvektion! (Mitführen!durch!eine!Strömung)!im!flüssigen,!äusseren!Erdkern!verursacht.! ! Aufgrund!des!Magnetfeldes!pendelt!sich!die!Kompassnadel!immer!in!eine! bestimmte!Richtung!ein.!Die!Kompassnadel!zeigt!immer!die!momentane! Feldlinienrichtung!zum!magnetischen!Südpol!an.! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! vii.!Der!Kompass! ! Der!Magnetkompass!besteht!aus!einem!drehbaren!Zeiger!aus!magnetischem! Material!und!einem!Gehäuse,!in!dem!dieser!Zeiger!möglichst!reibungsarm! gelagert!ist.!Der!Zeiger!richtet!sich,!wenn!er!nach!allen!Richtungen!frei! beweglich!ist,!in!Richtung!des!Erdmagnetfelds!aus.!Dessen!Feldlinien! ! 11! ! Mag netismus ! ! S. Schönenberger ! Theorieblatt ! Sekundarstufe I verlaufen!in!weiten!Bereichen!der!Erde!und!insbesondere!in!Mitteleuropa! ungefähr!in!geographischer!NordTSüdTRichtung.!Da!die!Abweichungen!sehr! genau!gemessen!werden!können!und!z.!B.!in!topografischen!Karten! verzeichnet!sind,!kann!aus!der!Richtung!des!Zeigers!relativ!genau!die! geografische!Nordrichtung!bestimmt!werden.! Für!die!Navigation!mit!Karte!und!Kompass wird!heute!meist!ein! Plattenkompass,!auch!Kartenkompass!genannt,!verwendet,!dessen!Gehäuse! sich!in!einer!durchsichtigen!AcrylglasTPlatte!befindet.!Diese!Platte!erleichtert! die!Kartenarbeit!und!macht!es!einfach,!die!NordTSüdTLinien!des!Kompasses! mit!dem!Gitternetz!einer!topografischen!Landkarte!in!Übereinstimmung!zu! bringen.! 1 Standort 2 zu bestimmender Punkt 3 Kompass drehen bis die N-S-Linien des Kompasses 1 mit denjenigen der Karte parallel sind.! ! 12!
