gnet? - Magnetismus

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Mag netismus
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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!
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2!
2!
2!
3!
3!
3!
4!
4!
5!
6!
6!
7!
7!
8!
9!
10!
10!
10!
10!
11!
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LERNZIELE:
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•
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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.!
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1!
Mag netismus
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S. Schönenberger !
Theorieblatt
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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.!
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2!
Mag netismus
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S. Schönenberger !
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Theorieblatt
Sekundarstufe I
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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
!
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!
!
Magneti
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!
!
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
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!
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
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Mag netismus
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S. Schönenberger !
Theorieblatt
Sekundarstufe I
!
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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.!
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6!
Mag netismus
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S. Schönenberger !
Theorieblatt
Sekundarstufe I
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iii.!Die!elektrische!Klingel:!
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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.!!
!
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!
Klöppel!
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!
!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
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S. Schönenberger !
Theorieblatt
Sekundarstufe I
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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.!
!
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!MERKE:!
• In!einem!Gleichstrommotor!dreht!sich!eine!Spule!im!Magnetfeld!eines!
festen!Magneten.!
!
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! !
!!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.!!
!
!
!
!
!
!
!
!
!
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!
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!
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.!
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v.!Windenergieanlage:!
Der!Elektromagnet!dreht!sich!mit!den!Rotorflügeln.!
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vi.!Autos!oder!Schiffe:!
Die!Generatoren!werden!über!Verbrennungsmotoren!angetrieben.!
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XIII. Erdmagnetismus!
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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.!
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10!
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Mag netismus
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S. Schönenberger !
Theorieblatt
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Sekundarstufe I
Die!magnetische!Wirkung!wird!durch!elektrische!Ströme!bei!der!Konvektion!
(Mitführen!durch!eine!Strömung)!im!flüssigen,!äusseren!Erdkern!verursacht.!
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Aufgrund!des!Magnetfeldes!pendelt!sich!die!Kompassnadel!immer!in!eine!
bestimmte!Richtung!ein.!Die!Kompassnadel!zeigt!immer!die!momentane!
Feldlinienrichtung!zum!magnetischen!Südpol!an.!
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vii.!Der!Kompass!
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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!
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11!
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Mag netismus
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S. Schönenberger !
Theorieblatt
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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.!
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12!