Magnetismus

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Magnetismus

Inhaltsverzeichnis

I. Magnetismus im Alltag 2

II. Was ist Magnetismus? 2

III. Was sind Magnete? 2

IV. Welche Stoffe sind magnetisch? 3

V. Ist Magnetkraft übertragbar? 3

i. Vorgang beim Magnetisieren (vereinfacht) 3

VI. Elektromagnet und Dauermagnet 4

VII. Oerstedts Versuch 4

VIII. Magnetfelder 5

IX. Der Elektromagnet 6

ii. Der elektrische Gong 6

iii. Die elektrische Klingel 7

X. Der Gleichstrommotor 7

XI. Induktionsspannung 8

XII. Der Generator 9

iv. Turbine 10

v. Windenergieanlage 10

vi. Autos oder Schiffe 10

XIII. Erdmagnetismus 10

vii. Kompass 11

LERNZIELE:

Ich kenne mind. drei verschiedene Orte, wo Magnete im Alltag verwendet werden.

Ich kann in 2-3 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 Oerstedt-Versuch 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 2-3 kurzen Sätzen erklären.

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Magnetismus

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.

II. 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.

III. 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 Nord- 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.

Fahrraddynamo

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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 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. i. Vorgang beim Magnetisieren (vereinfacht): Man kann annehmen, dass jeder ferromagnetische Stoff aus kleinen, aber vollständigen Magneten aufgebaut ist. Diese Magnete nennt man Elementarmagnete. Sie sind nicht starr, sondern können kleine Drehbewegungen machen. Man spricht davon, dass sie sich ausrichten können. Streicht man in eine Richtung mit einem Magneten über einen ferromagnetischen Stoff, dann richten sich die Elementarmagnete so aus, dass der ferromagnetische Stoff selbst zum Magneten wird.

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Magnet ismus

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Fachlicher Hintergrund

Was geschieht eigent lich beim Magnet isieren?Dieser Vorgang ist nicht einfach zu erklären.

Vereinfacht gesprochen, können wir annehmen, dass ferromagnetische Stoffe – also Eisen, Nickel,

Kobalt – aus kleinsten, aber vollständigen Magneten, den so genannten Elementarmagneten, aufge-

baut sind. Diese Elementarmagnete sind nicht starr, sondern können kleine Drehbewegungen aus-

führen. Sie können sich ausrichten!

Durch Streichen mit einem Magnet werden die Elementarmagnete ausgerichtet und der ferro-

magnetische Körper wird selbst zu einem Magnet.

unmagnetischer Stahl magnetisierter Stahl magnetisierter Stahl

In einem unmagnetischen

Eisen sind die Elementarmag-

nete ungeordnet!

In einem Magnet sind die Ele-

mentarmagnete ausgerichtet.

Bricht ein Magnet, werden

wieder vollständige

Magnete aus den Stäben.

Wie ist das mit dem Erdmagnet ismus?Da sich Magnete in Nord-Süd-Richtung einpendeln,

muss die Erde selbst über ein Magnetfeld verfügen.

Tatsächlich verhält sie sich so, als ob sie in ihrer Mitte

einen Stabmagnet hätte. Wahrscheinlich entsteht das

Magnetfeld der Erde durch starke Ströme im flüssigen

Erdkern, der zu einem beträchtlichen Teil aus Ionen

bestehen soll. (Ionen sind elektrisch geladene Ato-

me.)

So ist die Erde eigentlich ein Elektromagnet, ihr Mag-

netfeld gleicht aber dem eines Stabmagneten.

Was versteht man unter Deklination?

Die Pole des Erdmagnetfeldes liegen nicht genau auf

den geografischen Polen, sondern deutlich davon

entfernt. Außerdem sind sie nicht statisch, sondern

wandern langsam. Deswegen zeigen Kompassnadeln

nie genau nach Norden. Die Abweichung des magne-

tischen Pols im Norden vom geografischen Nordpol

bezeichnet man als „Deklination“. Diese beträgt bei uns derzeit ca. 2 bis 3 Grad.

Der magnetische Nordpol liegt zurzeit vor der Westküste von Bathurst Island im nördlichen Kanada!

Der magnetische Südpol liegt heute am Rand des arktischen Kontinents im Adelieland!

Was sollt en wir über den Kompass wissen?Der Kompass wurde schon im Kaiserreich China erfunden.

Damals bestand der Kompass aus einem Stück Magneteisenstein, das an einem Faden aufgehängt

war und Südweiser genannt wurde. Im Laufe der Zeit entwickelten sich daraus verschiedene Kom-

passformen.

Rotationsachse

der Erde

magnetische

Achse Polarstern

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VI. Elektromagnet und Dauermagnet Elektromagnet: Als Elektromagnet wird eine Spule bezeichnet, die bei Stromdurchfluss magnetisch wird. Der Elektromagnet besteht aus einem Eisenkern und einem aufgewickelten Draht (Spule). Man kann ihn ein- und ausschalten sowie die Stärke des Magnetfeldes ändern, was einen entscheidenden Vorteil gegenüber Dauermagneten bringt. Elektromagnete haben einen Nord- 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 Nord- und Südpole. Materialien: Stahl, Aluminium-Nickel-Kobalt-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.

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

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Magnet ismus

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Fachlicher Hintergrund

Nach Europa gelangte der Kompass über die Araber im 12. Jahrhundert.

Seine heutige Form erhielt der Magnetkompass im 13. Jahrhundert angeblich von italienischen See-

fahrern aus Amalfi, wo heute noch Flavio Giova als Erfinder des Kompasses mit einem Denkmal im

Hafen geehrt wird.

Die großen Entdeckungsfahrten waren nur durch den Einsatz des Magnetkompasses möglich.

Der Magnetkompass besteht aus einer beweglichen Magnetnadel, einer Windrose und einem Ge-

häuse, in dem die Magnetnadel möglichst reibungsfrei gelagert ist. Aus diesem Grund werden man-

che Kompassgeräte auch mit einer Flüssigkeit gefüllt!

Befindet sich in der Nähe der Magnetnadel Eisen, so wird die Magnetnadel abgelenkt.

Auf eisernen Schiffen wird daher statt eines Magnetkompasses ein so genannter „Kreiselkompass“

verwendet, der keinen Magnet enthält und nach einem anderen Prinzip funktioniert.

Wie f unkt ioniert ein Elekt romagnet?Wie schon anfangs erwähnt, kann ein elektri-

scher Strom, der durch einen Leiter fließt, ein

Magnetfeld erzeugen. Dieses ist kreisförmig um

den Leiter angeordnet.

Wickelt man diesen Leiter zu einer Spule auf, so

wirken die Magnetfelder zusammen.

Das entstehende Feld ist dem eines Stabmagnets gleich. Steckt

man jetzt noch einen Eisenkern in diese Spule, so wird dieser

durch das magnetische Feld magnetisiert.

Der Vorteil des Elektromagnets liegt darin, dass er ein- und

ausgeschaltet werden kann. Strom fließt – der Eisenkern wird

Experimente:Die Versuche „Zeig mir die Richtung, Magnet“ und „Bau dir einen Kompass“ be-

schäftigen sich mit dem Erdmagnetfeld.

N

S

W

O

N W

NO

SW

SO

N

NW N

O

Windrose Kompassnadel

Zielrichtung

N

S

+

-

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die Anschlussstellen der Batterie, so wurde die Magnetnadel in die andere Richtung abgelenkt. Somit hatte Oerstedt einen ein- und ausschaltbaren Magneten, also einen Elektromagneten entdeckt.

VIII. Magnetfelder

Wie schon bei Magnetismus erwähnt, ist ein magnetisches Feld der Bereich um einen Magneten herum, in dem seine Magnetkraft wirkt. Die Wirkung der Magnetkraft wird mit den magnetischen Feldlinien beschrieben. MERKE:

Nach Definition treten die Feldlinien am Nordpol aus und am Südpol wieder ein.

Die Feldlinienrichtung ist als positiv definiert, wenn sie vom Nord- zum Südpol zeigt.

Die Feldlinien berühren sich nie.

Man kann Feldlinien gut mit Eisenspänen oder Magnetnadeln sichtbar machen. Es gibt aber Unterschiede in den Magnetfeldern von Dauermagneten und Elektromagneten. Dauermagnet-Feldlinien: Je nach Form des Magneten ändert sich auch die Form der Feldlinien respektive des „Feldlinien-Musters“. Elektromagnet-Feldlinien: Die magnetischen Feldlinien bilden geschlossene Kreise um den Draht herum.

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Fachlicher Hintergrund

Nach Europa gelangte der Kompass über die Araber im 12. Jahrhundert.

Seine heutige Form erhielt der Magnetkompass im 13. Jahrhundert angeblich von italienischen See-

fahrern aus Amalfi, wo heute noch Flavio Giova als Erfinder des Kompasses mit einem Denkmal im

Hafen geehrt wird.

Die großen Entdeckungsfahrten waren nur durch den Einsatz des Magnetkompasses möglich.

Der Magnetkompass besteht aus einer beweglichen Magnetnadel, einer Windrose und einem Ge-

häuse, in dem die Magnetnadel möglichst reibungsfrei gelagert ist. Aus diesem Grund werden man-

che Kompassgeräte auch mit einer Flüssigkeit gefüllt!

Befindet sich in der Nähe der Magnetnadel Eisen, so wird die Magnetnadel abgelenkt.

Auf eisernen Schiffen wird daher statt eines Magnetkompasses ein so genannter „Kreiselkompass“

verwendet, der keinen Magnet enthält und nach einem anderen Prinzip funktioniert.

Wie f unkt ioniert ein Elekt romagnet?Wie schon anfangs erwähnt, kann ein elektri-

scher Strom, der durch einen Leiter fließt, ein

Magnetfeld erzeugen. Dieses ist kreisförmig um

den Leiter angeordnet.

Wickelt man diesen Leiter zu einer Spule auf, so

wirken die Magnetfelder zusammen.

Das entstehende Feld ist dem eines Stabmagnets gleich. Steckt

man jetzt noch einen Eisenkern in diese Spule, so wird dieser

durch das magnetische Feld magnetisiert.

Der Vorteil des Elektromagnets liegt darin, dass er ein- und

ausgeschaltet werden kann. Strom fließt – der Eisenkern wird

Experimente:Die Versuche „Zeig mir die Richtung, Magnet“ und „Bau dir einen Kompass“ be-

schäftigen sich mit dem Erdmagnetfeld.

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Fachlicher Hintergrund

Nach Europa gelangte der Kompass über die Araber im 12. Jahrhundert.

Seine heutige Form erhielt der Magnetkompass im 13. Jahrhundert angeblich von italienischen See-

fahrern aus Amalfi, wo heute noch Flavio Giova als Erfinder des Kompasses mit einem Denkmal im

Hafen geehrt wird.

Die großen Entdeckungsfahrten waren nur durch den Einsatz des Magnetkompasses möglich.

Der Magnetkompass besteht aus einer beweglichen Magnetnadel, einer Windrose und einem Ge-

häuse, in dem die Magnetnadel möglichst reibungsfrei gelagert ist. Aus diesem Grund werden man-

che Kompassgeräte auch mit einer Flüssigkeit gefüllt!

Befindet sich in der Nähe der Magnetnadel Eisen, so wird die Magnetnadel abgelenkt.

Auf eisernen Schiffen wird daher statt eines Magnetkompasses ein so genannter „Kreiselkompass“

verwendet, der keinen Magnet enthält und nach einem anderen Prinzip funktioniert.

Wie f unkt ioniert ein Elekt romagnet?Wie schon anfangs erwähnt, kann ein elektri-

scher Strom, der durch einen Leiter fließt, ein

Magnetfeld erzeugen. Dieses ist kreisförmig um

den Leiter angeordnet.

Wickelt man diesen Leiter zu einer Spule auf, so

wirken die Magnetfelder zusammen.

Das entstehende Feld ist dem eines Stabmagnets gleich. Steckt

man jetzt noch einen Eisenkern in diese Spule, so wird dieser

durch das magnetische Feld magnetisiert.

Der Vorteil des Elektromagnets liegt darin, dass er ein- und

ausgeschaltet werden kann. Strom fließt – der Eisenkern wird

Experimente:Die Versuche „Zeig mir die Richtung, Magnet“ und „Bau dir einen Kompass“ be-

schäftigen sich mit dem Erdmagnetfeld.

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Dauermagnet Feldlinien Elektromagnet Feldlinien

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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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Magnetismus

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.

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 ein- 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 CD-Player, 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

Klöppel

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Magnetismus

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

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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

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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 Wasser- 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 Nord- 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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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

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verlaufen in weiten Bereichen der Erde und insbesondere in Mitteleuropa ungefähr in geographischer Nord-Süd-Richtung. 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 Acrylglas-Platte befindet. Diese Platte erleichtert die Kartenarbeit und macht es einfach, die Nord-Süd-Linien 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.