MINT lernen

Textaufgaben:
Wirkung auf Stoffe

Zwei Sachaufgaben zur Wirkung von Magneten auf Stoffe — von der Schatzkiste im Klassenraum bis zur Mülltrennanlage.

1

Die Schatzkiste aus dem Fundbüro

AFB I–II

Im Fundbüro der Schule steht eine Kiste mit liegen gebliebenen Gegenständen. Die Klasse 5b hält an jeden Gegenstand einen Stabmagneten und trägt ein, was passiert.

In Material M1 sind vier Zeilen schon ausgefüllt, drei fehlen noch.

M1Beobachtungstabelle der Klasse 5b
GegenstandMaterialReaktion auf den Magneten
BüroklammerEisendrahtwird angezogen
TrinkflascheAluminiumkeine Reaktion
LinealKunststoffkeine Reaktion
FahrradschlüsselStahlwird angezogen
OhrringSilber?
Schere (Klinge)Stahl?
Kabelrest (blank)Kupfer?

Alle Gegenstände wurden mit demselben Stabmagneten getestet.

  1. Gib für die drei fehlenden Zeilen an, was der Magnet bewirkt.
  2. Beschreibe, was die angezogenen Gegenstände gemeinsam haben.
  3. Ein Schüler folgert aus der Tabelle: „Alles, was aus Metall ist, wird angezogen.“ Überprüfe diese Aussage anhand von M1.
Tipp zu Aufgabe a)
Schau in der Spalte „Material“ nach und vergleiche mit den Zeilen, die schon ausgefüllt sind. Nur drei Metalle im Alltag sind magnetisch: Eisen, Nickel und Cobalt — und alles, was aus ihnen gemacht ist.
Tipp zu Aufgabe b)
Stahl ist kein eigenes Element, sondern besteht hauptsächlich aus einem der drei magnetischen Metalle. Welchem?
Tipp zu Aufgabe c)
Suche in M1 eine Zeile, in der ein Metall nicht angezogen wird. Ein einziges solches Gegenbeispiel genügt schon, um die Aussage zu kippen — in der Tabelle stehen sogar mehrere.„Prüfen“ heißt: die Aussage an den Daten messen und klar sagen, ob sie stimmt.
Lösung zu Aufgabe a)

Ohrring aus Silber: keine Reaktion — Silber ist nicht magnetisch.

Schere aus Stahl: wird angezogen — Stahl besteht überwiegend aus Eisen.

Kupferkabel: keine Reaktion — Kupfer ist nicht magnetisch.

Lösung zu Aufgabe b)

Angezogen werden Büroklammer, Fahrradschlüssel und Schere. Alle drei bestehen aus Eisen bzw. aus Stahl, und Stahl ist zum größten Teil Eisen.

Gemeinsam ist ihnen also der Eisenanteil — nicht etwa die Farbe, die Härte oder das Gewicht. Ein Magnet reagiert nur auf Eisen, Nickel, Cobalt und Stoffe, die eines dieser Metalle enthalten.

Lösung zu Aufgabe c)

Die Aussage stimmt nicht. In M1 stehen gleich drei Metalle, die nicht angezogen werden: Aluminium (Trinkflasche), Silber (Ohrring) und Kupfer (Kabelrest).

Richtig ist umgekehrt: Alles, was der Magnet anzieht, ist ein Metall — aber längst nicht jedes Metall wird angezogen.

Eine bessere Formulierung wäre: „Angezogen werden nur Gegenstände, die Eisen, Nickel oder Cobalt enthalten.“

2

Die Magnetwalze in der Müllsortieranlage

AFB II–III

In einer Sortieranlage laufen zerdrückte Dosen, Plastikbecher und Glasscherben auf einem Band unter einer großen Magnetwalze hindurch (Material M2). Ein Teil des Abfalls bleibt am Magneten hängen und wird in einen eigenen Behälter abgestreift, der Rest fällt am Bandende weiter.

Am Ende einer Schicht ist Behälter A voll mit Konservendosen, in Behälter B liegen Getränkedosen, Plastik und Glas gemischt.

M2Aufbau der Sortierstelle
Magnet A B Laufrichtung des Bandes → bleibt hängen fällt durch

Konservendosen bestehen aus Weißblech (Stahl mit dünner Zinnschicht), Getränkedosen meist aus Aluminium.

  1. Erkläre, warum die Konservendosen in Behälter A landen, die Getränkedosen aber in Behälter B.
  2. Eine Praktikantin schlägt vor, einfach einen viel stärkeren Magneten einzubauen, damit auch die Getränkedosen aussortiert werden. Entscheide begründet, ob das funktioniert.
  3. Beurteile, ob sich mit dieser Anlage auch Glas von Plastik trennen lässt, und mache einen Vorschlag, wie man das Sortieren dennoch schaffen könnte.
Tipp zu Aufgabe a)
Achte auf die Bildunterschrift: Aus welchem Material besteht die eine Dosensorte, aus welchem die andere? Nur eines dieser Materialien enthält Eisen.
Tipp zu Aufgabe b)
Ein stärkerer Magnet zieht dieselben Stoffe stärker an. Er kann aber keinen Stoff anziehen, der überhaupt nicht magnetisch ist — egal wie stark er ist.
Tipp zu Aufgabe c)
Weder Glas noch Plastik enthält Eisen. Denk an eine andere Eigenschaft, in der sich die beiden deutlich unterscheiden — zum Beispiel daran, wie schwer ein gleich großes Stück ist oder ob es im Wasser schwimmt.„Beurteilen“ verlangt ein eigenes Urteil mit fachlicher Begründung.
Lösung zu Aufgabe a)

Konservendosen bestehen aus Weißblech, also aus Stahl — und Stahl ist überwiegend Eisen. Eisen wird vom Magneten angezogen. Die Dosen bleiben an der Walze hängen, werden mitgedreht und hinter der Walze in Behälter A abgestreift.

Getränkedosen bestehen aus Aluminium. Aluminium ist zwar ein Metall, aber nicht magnetisch. Diese Dosen bleiben auf dem Band liegen und fallen am Bandende in Behälter B — zusammen mit Plastik und Glas, die ebenfalls nicht reagieren.

Lösung zu Aufgabe b)

Das funktioniert nicht. Die Stärke des Magneten entscheidet nur darüber, wie kräftig und aus welcher Entfernung magnetische Stoffe angezogen werden.

Aluminium gehört aber gar nicht zu den magnetischen Stoffen. Ein doppelt oder zehnfach so starker Magnet zieht es trotzdem nicht an — genauso wenig wie Glas oder Plastik.

Ein stärkerer Magnet hätte sogar Nachteile: Er würde die Weißblechdosen so fest halten, dass das Abstreifen schwerer wird, und mehr Energie verbrauchen.

Lösung zu Aufgabe c)

Mit dem Magneten lässt sich Glas nicht von Plastik trennen: Beide Stoffe sind nicht magnetisch, beide landen deshalb in Behälter B.

Man muss also eine andere Eigenschaft ausnutzen. Glas ist viel schwerer als gleich großes Plastik — in einem Wasserbecken sinkt Glas zu Boden, während die meisten Kunststoffe oben schwimmen. So lassen sich die beiden trennen.

Das zeigt allgemein: Jedes Sortierverfahren nutzt genau eine Eigenschaft aus. Der Magnet ist stark, wenn es um Eisen geht — für alles andere braucht man ein anderes Verfahren.