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Physik im Alltag und Naturphänomene, Physikalisches Spielzeug & Freihandversuche, Rubrik: "Schlichting! "

Magnetische Taschenspielertricks

Schlichting, H. Joachim. In: Spektrum der Wissenschaft 10 (2009), S. 38

Warum Magnete abgebrannte Streichhölzer anziehen, hingegen von Kirschen als abstoßend empfunden werden.

Um in der Lehre vom Magnetismus weiter zu kommen,
müßte man Magnete machen,
die sich zu gewöhnlichen verhielten,
wie Herschels großes Teleskop zu einem Taschen-Perspectiv.

Georg Christoph Lichtenberg (1742 – 1799)

Zu Beginn des Zeitalters des Elektromagnetismus vermutete Georg Christoph Lichtenberg die Existenz verborgener magnetischer Phänomene, die nur deshalb verborgen blieben, weil die damaligen Magnete zu klein waren. Er behielt Recht, denn große, also vor allem starke Magnete sollten in der Folgezeit wesentlich helfen, das Verständnis der elektromagnetischen Kräfte zu erweitern. Heute sind »Supermagnete« im Miniaturformat aus Neodym-Eisen-Bor (NeFeB) für jedermann erschwinglich, etwa bei supermagnete.de. Sie lassen uns einen Hauch des Zaubers wiederentdecken, der, wie Lichtenberg schrieb, den Anfängen innewohnte, »da der Magnet selbst (…) nur den Taschenspielern diente«. Jetzt können wir nämlich feststellen, dass ein Streichholz mit einem dunklen Köpfchen, das sich sonst nicht weiter um Magnete schert, plötzlich daran haften bleibt, sobald sein Kopf abgebrannt ist.
Wie kann das sein? Die Angelegenheit erweist sich als raffiniert. Zwar ist Eisenoxid, Fe2O3, von Anfang an im Streichholzkopf vorhanden. Allerdings ist es paramagnetisch, also nur dann magnetisch, wenn ein äußeres Magnetfeld einwirkt. Sein magnetisches Moment ist aber offenbar zu klein, als dass es sich vom Magneten zu einer sichtbaren Reaktion veranlassen ließe. Einer Idee Michael Worbs’ zufolge entsteht während der Verbrennung jedoch möglicherweise Magnetit, Fe3O4, denn schließlich ist auch Schwefel mit im Spiel: 6FeO+ S -> 4 FeO+ SO. Das ferrimagnetische Magnetit – in ihm sind die Elementarmagnete so ausgerichtet, dass sich ihre magnetischen Momente zum Teil aufheben, eine Richtung aber überwiegt – besitzt ein viel größeres resultierendes Moment als Fe2O3 und kann die Gewichtskraft des Hölzchens durch seine Anziehungskraft kompensieren.
Diese Idee stützt der Befund, dass ein nicht verbranntes Streichholzköpfchen durchaus reagiert, wenn man es nämlich in winzige Bruchstücke zerkleinert. Hält man über die Teilchen nun einen Supermagneten, so springen sie ihn an wie Flöhe und bleiben haften.
Woher aber dieser Sinneswandel? Dank der Verkleinerung des Volumens (das mit der dritten Potenz sinkt) nimmt die Gewichtskraft stärker ab als die Fläche (nur mit der zweiten Potenz), die den Magneten berührt. Da die magnetische Anziehungskraft wiederum mit der Fläche, genauer: der Zahl der magnetischen Feldlinien, variiert, nimmt sie weniger stark ab als die Gewichtskraft – das zerbröselte Zündmaterial wird schließlich getragen.
Befestigt man zwei Kirschen an den Enden eines an einem Faden hängenden Stäbchens und bringt dieses sorgfältig ins Gleichgewicht, lässt sich auch mit diesen zaubern. Nähert man einer von ihnen nun einen Supermagneten an, wird sie abgestoßen. Von der anderen Seite kommend kann man die Kirschenschaukel auch wieder abbremsen und sie in die umgekehrte Richtung treiben. Schuld ist allein das in den Früchten reichlich vorhandene diamagnetische Wasser: Denn ein Diamagnet erzeugt unter dem Einfluss eines Magneten ein das Feld schwächendes Gegenmoment. So tut die Kirsche das Klügste, was sie tun kann: Sie wehrt sich gegen das Eindringen der Magnetfeldlinien, indem sie flüchtet.

Literaturhinweis: Worbs, M.: »Du, Papa, warum sind Streichhölzer magnetisch?« In: Praxis der Naturwissenschaft 58(4), S. 45 – 46, 2009.

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