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Magnetismus

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Für ewig entzweite Pole

Eisenfeilspäne zeigen die abstoßende Wirkung zweier gleichnamiger ferromagnetische Pole

Was will die Nadel nach Norden gekehrt?“
Sich selbst zu finden, es ist ihr verwehrt.
Die endliche Ruhe wird nur verspürt,
Sobald der Pol den Pol berührt.
Drum danket Gott, ihr Söhne der Zeit,
Daß er die Pole für ewig entzweit.
Magnetes Geheimnis, erkläre mir das!
Kein großer Geheimnis, als Lieb´ und Haß.
Willst du deines Gleichen kennen lernen,
So wirst du dich gleich wieder entfernen.
Warum tanzen Bübchen mit Mädchen so gern?
Ungleich dem Gleichen bleibt nicht fern.
Dagegen die Bauern in der Schenke
Prügeln sich gleich mit den Beinen der Bänke.
Der Amtmann schnell das Übel stillt,
Weil er nicht für ihres Gleichen gilt.
Soll dein Kompaß dich richtig leiten,
Hüte dich vor Magnetstein, die dich begleiten.
*

Die anziehende und abstoßende Wirkung eines Ferromagneten und die Vermutung, dass die Erde als ein solcher anzusehen sei, wurde nicht nur im Rahmen der aufkommenden neuzeitlichen Physik als eine erstaunliche Eigenschaft der Materie angesehen. Sie wurde auch schnell zum Gegenstand esotherischer Praktiken und zur Metapher für Abstoßung und Anziehung in fast allen Bereichen des menschlichen Lebens.
Der Ferromagnetismus wurde erst im letzten Jahrhundert als kollektive makroskopische Wirkung eines mikroskopischen Effekts, dem Spin von Atomen, erkannt. Auch heute noch ist der Magnetismus allgemein eine aktuelle Forschungsdisziplin der Physik und hat seine tiefsten Geheimnisse (noch) nicht preisgegeben.


* Johann Wolfgang von Goethe. Poetische Werke. Band 1, Berlin 1960 ff, S. 423ff.


Johann Wolfgang von Goethe
(Deutscher Dichter 1710–1782)
Johann

Magnetismus und Zentrifugalkraft als Metapher

Wenn man den aus Magnetkugeln gefertigten Kreisel (unteres Foto) in sehr schnelle Rotation versetzt (oberes Foto), müsste der schließlich zerreißen, indem sich die äußeren Kugeln tangential entfernten. Die Fachtermini, die von Laien bei der Beschreibung eines solchen Vorgangs bemüht werden, sind neben Magnetismus Zentrifugalkraft.
Diese Termini tauchen auch in der Belletristik immer wieder auf, auch wenn es nicht um physikalische Sachverhalte geht. Hier ein Beispiel:
Mir war, als entwickelte sie einen zu geringen Magnetismus für die Dinge, die ihr gehörten. Es gab da keinen Sog, der die Sachen rund um ihre Person zusammenhielt, sondern eher im Gegenteil eine Zentrifugalkraft, die alles ihr bestimmte und ihr Gehörige weit von ihr wegfliegen ließ.*
Das klingt sehr ähnlich, obwohl es hier um eine Veranschaulichung des Verhaltens eines Menschen geht. Hier wird Magnetismus nicht als physikalische Eigenschaft von Objekten verstanden, sondern ganz allgemein als Anziehungskraft. Vermutlich will der Autor aber mehr sagen als das; vielleicht will er etwas mit Worten nicht Erfassbares durch etwas Geheimnisvolles zum Ausdruck bringen, das im Alltagsverständnis auch dem Magnetismus anhaftet.
Der zweite verwendete physikalische Terminus ist die Zentrifugalkraft. In der Physik handelt es sich um eine Scheinkraft, also keine wirkliche Kraft, sondern nur eine solche, die dadurch zustande kommt, dass sich die/der Beobachter* selbst bewegt. Dazu ein Beispiel: Wenn bei einer scharfen Linkskurve im PKW die Person auf dem Beifahrersitz sich gegen die Tür gedrückt fühlt, erfährt sie eine Zentrifugalkraft. Vom nicht bewegten Straßenrand betrachtet sieht die Situation ganz anders aus. Die Person tendiert lediglich dazu, aus Trägheit ihren Bewegungszustand beizubehalten, und sich weiterhin gleichförmig geradeaus zu bewegen. Aber das Auto beschleunigt nach links und durch diese Bewegungsänderung wird sie gezwungen mitzumachen – was in Bezug auf das Auto gesehen wie eine Kraft wirkt.
Auch in diesem Fall scheint es mir, als wollte der Autor diesen weitgehend ungeklärten Aspekts der Zentrifugalkraft anklingen lassen. Obwohl beide Begriffe aus einer exakten Wissenschaft stammen und eine eindeutige Definition besitzen, werden sie hier paradoxerweise gerade dazu genutzt, etwas Ungefähres, Schwebendes, nicht adäquat in Worte zu Fassendes zu beschreiben.


* Martin Mosebach,: Das Beben. Dtv: München 2007, S. 93

Eine Radtour im Lichte der Aurora

Seit meinem 5. Lebensjahr fahre ich leidenschaftlich gern Fahrrad. Das Fahrrad ist eines der in vielerlei Hinsicht perfekten individuellen Fortbewegungsmittel. Es hat schon vor 100 Jahren seine optimale Form gefunden, an der nur noch Kleinigkeiten verbessert wurden. Eine dieser Kleinigkeiten ist der Dynamo, mit dem ich von Anfang an auf Kriegsfuß stand, weil er selten richtig funktionierte und die Fahrten bei Dunkelheit und/oder Nässe stets zu einer Herausforderung machte. Seitdem er in die Nabe des Vorderrades integriert werden kann, ist auch dieses Problem gelöst.
Auf einer meiner Touren in Ostfriesland – vor etwa 20 Jahren – als ich wieder einmal Probleme mit dem Licht hatte, erlebte ich wie sich der Himmel plötzlich verfärbte und einen Vorhang aus vorwiegend grünem und einige Zeit später auch rotem Licht auf und zu zog. Zunächst dachte ich an ein fernes Feuerwerk bis mir klar wurde, dass es sich um eine für unsere Breiten seltene Polarlichterscheinung (Aurora) handelte. Das Naturschauspiel hielt mindestens eine halbe Stunde an und mich in Atem. Vergessen war der defekte Dynamo meines Fahrrads – es war fast, als würde die Aurora mir den Weg erleuchten. Weiterlesen

Levitation en miniature

Früher wurde das Wort Levitation meist mit esoterischen Erscheinungen, spiritistischen Sitzungen und Heiligenlegenden in Verbindung gebracht. Dabei geht es darum die Schwerkraft aufzuheben und Dinge zum Schweben zu bringen. Wie in den Fotos gezeigt lässt sich das heute mit leicht zugänglichen Materialien zumindest in kleinem Maßstab in einem Freihandexperiment realisieren. Dazu habe ich versucht, ein kleines Plättchen aus pyrolytischem Graphit über vier kleinen supermagnetischen Würfeln zu positionieren. Es weigerte sich wie jedes irdische Objekt seiner eigenen Schwere entsprechend sich auf den Magneten legen zu lassen und pendelte sich ein Stück weit darüber in eine Schwebeposition ein. Weiterlesen

Fundstück 1 – Magnetischer Wüstensand

Die „Wüste“ von Maspalomas (Gran Canaria) zu durchqueren, kann eine ganz schön sandige Angelegenheit sein, insbesondere wenn ein Sandsturm dabei ist, die Dünen von den Spuren der Touristen zu säubern und nach seinem Gusto umzugestalten. Dabei entstehen immer wieder neue Muster aus schwarzem und hellem Sand, der ständig durchmischt und auch wieder zu ästhetisch ansprechenden Schwarzweißbildern entmischt wird (oberes Foto). Weiterlesen

Spielereien mit kleinen Stabmagneten

H. Joachim Schlichting. In: Physik in unserer Zeit 3 (2017), S. 150 – 151

Zwingt man Stabmagnete, sich mit gleichnamigen Polen gegenüberzustehen, so kommt es zu paradox anmutenden Phänomenen. Ihnen liegt ein subtiles Zusammenwirken von magnetischer Anziehung und Abstoßung sowie mechanischen Drehmomenten und der Reibung zugrunde. Weiterlesen

Die einfachste Eisenbahn der Welt

EisenbahnSchlichting, H. Joachim; Schlichting, Jan. Physik in unserer Zeit 47/3, S. 130 -33

Eine einfache Batterie, je mit einem Zylindermagneten an den Polen versehen, saust durch eine Spule wie eine Eisenbahn durch einen Tunnel. Die Magnete leiten den Strom durch die Spule und wechselwirken mit dem dadurch hervorgerufenen elektromagnetischen Feld.

Video auf YouTube

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.

Allerlei Reiberei – Freihandexperimente mit Magnetkreisel

Schlichting, H. Joachim. In: Praxis der Naturwissenschaften- Physik 41/2, 9 (1992).

Magnetkreisel sind Kreisel, deren Achse magnetisch ist. Entweder ist die Kreiselachse selbst ein dünner Stabmagnet, oder die Kreiselscheibe besteht aus einem Ringmagneten, (seine Pole liegen auf der Symmetrieachse), durch dessen Loch ein Eisenstab als Achse gesteckt wird . Ein solcher Kreisel vermag überraschende Phänomene hervorzubringen, wenn man ihn mit Eisengegenständen wechselwirken läßt.

PDF: Allerlei Reiberei – Freihandexperimente mit Magnetkreisel

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