Das ganze Kapitel auf einer Seite
Du hast alle Unterkapitel zu den Dauermagneten durchgearbeitet — hier steht das Wichtigste noch einmal kurz und geordnet. Lies zuerst die drei Übersichts-Blöcke, präge dir dann die fünf Merksätze und die Zahlen-Tabelle ein. Danach probierst du die Elementarmagnet-Werkstatt aus und prüfst dich am Ende mit acht Aussagen selbst. Wenn dir bei einem Punkt etwas fehlt, führt dich jede Karte direkt zum passenden Unterkapitel zurück.
1.1 Magnete und ihre Wirkung
In diesem ersten Teil ging es darum, was Magnete überhaupt tun: Welche Dinge sie anziehen, welche Stoffe magnetisch sind und warum jeder Magnet zwei Pole hat.
Sicherheit beim Umgang mit Magneten
- Halte mindestens 10 cm Abstand zu EC-Karten, Smartphones, Uhren und Computern — der Magnetstreifen einer Karte wird sonst unwiderruflich gelöscht.
- Halte mindestens 15 cm Abstand zu Herzschrittmachern und Hörgeräten.
- Nie einen Finger zwischen zwei sich anziehende Magnete halten.
- Magnete nicht fallen lassen: spröde Ferrit-Magnete zerspringen, Splitter können ins Auge geraten.
- Außer Reichweite kleiner Kinder — verschluckte Magnete klemmen Gewebe ein und sind immer ein Notfall.
- Magnete nicht erhitzen: Neodym verliert ab etwa 80 °C dauerhaft seine Wirkung.
Wirkung von Magneten auf verschiedene Stoffe
- Angezogen werden Büroklammer, alter Schlüssel, 1-Cent-Münze (Stahl mit Kupferüberzug) und 1-Euro-Münze (Nickel-Messing).
- Keine Reaktion zeigen Aluminiumdose, Kupferdraht, Goldring, Bleistift, Glasmurmel und Plastikbecher.
- Eisen ist der Klassiker — auch Nickel und Cobalt sind magnetisch.
- Aluminium ist ein Metall, aber nicht magnetisch. Kupfer, Gold, Silber und Messing genauso wenig.
- Holz, Glas und Plastik reagieren nie.
Magnetische und nichtmagnetische Materialien
- Genau drei Stoffe sind ferromagnetisch: Eisen (Fe), Cobalt (Co) und Nickel (Ni) — der Name kommt vom lateinischen ferrum für Eisen.
- Nicht magnetisch sind Aluminium, Kupfer, Gold, Silber, Holz, Glas, Plastik und Stein.
- Bei Edelstahl kommt es auf die Mischung an: 13/0 wird angezogen, 18/10 nicht — obwohl beide über 70 % Eisen enthalten.
- Münzen: 1, 2 und 5 Cent haben einen Stahlkern und sind magnetisch, 10, 20 und 50 Cent aus Messing nicht; beim 1-Euro-Stück ist die Mitte magnetisch, beim 2-Euro-Stück der äußere Ring.
- Magnetit ist ein natürliches magnetisches Gestein — daraus wurden die ersten Magnete und Kompasse gebaut.
- Ein Magnet wirkt durch dünne nichtmagnetische Schichten hindurch, etwa durch Papier, Kunststoff oder einen Kupferüberzug.
Nord- und Südpol — Anziehung und Abstoßung
- Jeder Magnet hat zwei Pole: den Nordpol N (rot) und den Südpol S (blau).
- Gleiche Pole stoßen sich ab, verschiedene Pole ziehen sich an.
- Die Wirkung sitzt an den Enden. Beim Nagel-Versuch hingen am linken Ende 9 Nägel, links der Mitte 4, in der Mitte 0, rechts der Mitte wieder 4 und am rechten Ende 9.
- Ein unmagnetischer Eisennagel wird von beiden Polen angezogen — Abstoßung gibt es nur zwischen zwei Magneten.
- Deshalb erkennst du den Nordpol nur mit einem Kompass oder an der Beschriftung.
1.2 Magnetismus erklären
Hier hast du gelernt, warum ein Stück Eisen magnetisch werden kann — und warum es seine Wirkung auch wieder verliert.
Das Modell der Elementarmagnete
- Stell dir vor: Jedes Eisenstück besteht aus winzigen Elementarmagneten, und jeder davon hat einen eigenen Nord- und Südpol.
- Unmagnetisch heißt: Sie zeigen kreuz und quer, ihre Wirkungen heben sich gegenseitig auf.
- Magnetisiert heißt: Sie zeigen alle in dieselbe Richtung, alle Mini-Nordpole gleich herum.
- Schütteln, Hämmern oder Erhitzen bringt sie wieder durcheinander.
- Brichst du einen Stabmagneten durch, entsteht kein einzelner Pol: Jedes Bruchstück hat wieder einen Nordpol und einen Südpol.
- Eine Büroklammer am Magneten wird selbst zum Magneten und zieht die nächste an. Ziehst du den Magneten weg, fällt die Kette auseinander.
- Das ist ein Modell: In Wirklichkeit sind es winzige Bereiche im Atomgefüge. Für Klasse 5 genügt das Bild der Mini-Magnete.
Magnetisierung und Entmagnetisierung
- Magnetisieren kannst du auf drei Wegen: Streichen (20 bis 30 mal immer in dieselbe Richtung, am Ende weit abheben), Stromfluss durch einen Draht um einen Eisenkern, oder längere Berührung mit einem Magneten.
- Entmagnetisieren geht durch Erschütterung und Hämmern, durch Erhitzen über die Curie-Temperatur oder mit einem elektrischen Wechselfeld, das immer schwächer wird.
- Curie-Temperaturen: Neodym-Magnet ca. 80 °C, Nickel 358 °C, Eisen 770 °C, Cobalt 1115 °C.
- Der Verlust durch Hitze ist dauerhaft — nach dem Abkühlen kommt die Wirkung nicht von selbst zurück.
- Weichmagnetisch (Weicheisen): schnell magnetisch, verliert die Wirkung sofort wieder — ideal für Elektromagnete wie den Schrottkran.
- Hartmagnetisch (Stahl mit viel Kohlenstoff, AlNiCo, Neodym): bleibt dauerhaft magnetisch — daraus werden alle Dauermagnete gebaut.
1.3 Kompass und Erdmagnetfeld
Zum Schluss ging es hinaus in die Welt: Die Erde selbst ist ein riesiger Magnet — und genau das nutzt der Kompass seit über tausend Jahren.
Aufbau und Funktion eines Kompasses
- Bauteile: Magnetnadel (rot und weiß, die rote Seite ist der Nordpol der Nadel), ein fast reibungsfreies Drehlager auf einer winzigen Spitze, die Skala mit N, O, S, W und 360 Grad sowie ein Gehäuse aus nichtmagnetischem Material. Oft ist es mit Flüssigkeit gefüllt, damit die Nadel ruhig steht.
- Die Erde wirkt wie ein riesiger Stabmagnet: Der Nordpol der Nadel wird vom magnetischen Südpol der Erde angezogen, der nahe beim geografischen Nordpol liegt.
- Störfelder sind starke Magnete, Eisenmassen wie ein Zaun oder Werkzeug, Stromkabel und Metallgegenstände.
- Missweisung: Magnetischer und geografischer Nordpol stimmen nicht überein — in Deutschland sind es derzeit etwa 3°.
- Das Erdmagnetfeld ist schwach, deshalb muss sich die Nadel fast reibungsfrei drehen können.
Das Erdmagnetfeld
- Im Erdinneren verhält sich flüssiges Eisen wie ein gigantischer Stabmagnet.
- Am geografischen Nordpol liegt physikalisch ein magnetischer Südpol — sonst würde der Nordpol einer Kompassnadel abgestoßen. Die Namen stammen aus der Seefahrt: Der nordweisende Pol sollte auch Nord heißen.
- Feldpfeile zeigen an jeder Stelle, wohin sich der Nordpol einer Kompassnadel drehen würde. Nahe den Polen ist das Feld stark, weit weg schwach.
- Die magnetische Achse ist gegenüber der Rotationsachse um etwa 11° geneigt, und der magnetische Nordpol wandert derzeit mit ca. 50 km pro Jahr.
- Beim Hufeisenmagneten liegen Nord- und Südpol nahe beieinander — dazwischen ist das Feld besonders stark und fast gleichmäßig.
Historische Bedeutung des Kompasses
- um 200 v. Chr. — In China wird ein löffelförmiger Magnetstein auf eine glatte Bronzeplatte gelegt, allerdings noch für religiöse Zeremonien und nicht zur Navigation.
- um 1000 — In China entsteht der Schwimmkompass: eine magnetisierte Eisennadel auf Holz oder Schilf in einer Wasserschale.
- um 1200 — Der Kompass erreicht über Handelsrouten Arabien und Europa; im Mittelmeer wird damit navigiert.
- 15. Jahrhundert — Das Zeitalter der Entdeckungen beginnt: Kolumbus überquert 1492 den Atlantik, Vasco da Gama erreicht 1498 Indien.
- 1492 — Kolumbus bemerkt, dass die Abweichung vom geografischen Norden vom Ort abhängt. Das ist die erste dokumentierte Beobachtung der Missweisung.
- 1600 — William Gilbert beschreibt in seinem Buch De Magnete die Erde als riesigen Magneten.
- 1907 — Hermann Anschütz-Kaempfe baut den ersten Kreiselkompass für Schiffe, der auch in Eisenschiffen funktioniert.
- 1990er bis heute — GPS löst den Kompass ab. Er bleibt als Backup auf Schiffen, in Flugzeugen und beim Wandern, und in jedem Smartphone steckt ein digitaler Magnetfeldsensor.
- Vor dem Kompass war Orientierung nur an Sternen, Sonne und Küste möglich — bei Nebel und Sturm gar nicht. Danach wurden weite Reisen und Welthandel möglich, aber auch Eroberungen, Kolonialismus und Sklavenhandel.
Fünf Merksätze zum Auswendiglernen
Wenn du am Tag vor der Klassenarbeit nur noch fünf Minuten hast: Diese fünf Sätze musst du sicher können. Aus ihnen lässt sich fast jede Aufgabe des Kapitels beantworten.
Merksätze zu den Dauermagneten
Sprich sie einmal laut aus und decke danach die Karte ab.
- 1Gleiche Pole stoßen sich ab, verschiedene Pole ziehen sich an. Zwei Nordpole gehen auseinander, Nordpol und Südpol ziehen sich zusammen.
- 2Eisen, Nickel und Cobalt sind magnetisch. Alle anderen Stoffe nicht — auch Metalle wie Aluminium, Kupfer, Gold und Silber nicht.
- 3Die Wirkung sitzt an den Polen. An den Enden eines Stabmagneten ist sie am stärksten, in der Mitte am schwächsten.
- 4Jeder Teil eines Magneten hat wieder zwei Pole. Egal wie oft du teilst — einen einzelnen Nordpol gibt es nicht.
- 5Am geografischen Nordpol der Erde liegt ein magnetischer Südpol. Nur deshalb zeigt der Nordpol der Kompassnadel dorthin.
Zahlen, die du kennen solltest
In der Klassenarbeit wirst du nicht rechnen müssen — aber ein paar Werte solltest du zuordnen können. Lies die Tabelle von links nach rechts und decke dann die mittlere Spalte ab.
| Wert | Wofür er steht | Unterkapitel |
|---|---|---|
| 10 cm | Mindestabstand von Magneten zu EC-Karten, Smartphones, Uhren und Computern | 1.1.1 |
| 15 cm | Mindestabstand zu Herzschrittmachern und Hörgeräten | 1.1.1 |
| 26 / 27 / 28 | Die Elementnummern der drei magnetischen Stoffe: Eisen 26, Cobalt 27, Nickel 28 | 1.1.3 |
| Fe3O4 | Magnetit — das natürliche magnetische Gestein, aus dem die ersten Magnete und Kompasse entstanden | 1.1.3 |
| ca. 80 °C | Curie-Temperatur eines Neodym-Magneten: Darüber verliert er seine Wirkung dauerhaft | 1.2.2 |
| 358 °C | Curie-Temperatur von Nickel | 1.2.2 |
| 770 °C | Curie-Temperatur von Eisen | 1.2.2 |
| 1115 °C | Curie-Temperatur von Cobalt — der Spitzenwert der drei Stoffe | 1.2.2 |
| ca. 3° | Missweisung in Deutschland: So weit weicht die Kompassnadel vom geografischen Norden ab | 1.3.1 |
| ca. 11° | Neigung der magnetischen Achse der Erde gegenüber ihrer Rotationsachse | 1.3.2 |
| ca. 50 km pro Jahr | So weit wandert der magnetische Nordpol der Erde derzeit | 1.3.2 |
Elementarmagnet-Werkstatt zum Ausprobieren
Das Modell der Elementarmagnete kannst du hier selbst durchspielen. Vor dir liegt ein Eisenstück mit 24 winzigen Elementarmagneten — jeder mit rotem Nordpol und blauem Südpol. Am Anfang zeigen sie kreuz und quer, das Eisenstück ist unmagnetisch. Nähere einen Magneten an, streiche darüber, hämmere darauf oder erhitze das Eisen über die Curie-Temperatur und beobachte, was mit der Ordnung passiert.
Ordnung: 0 % — noch unmagnetisch. Die Elementarmagnete zeigen kreuz und quer, ihre Wirkungen heben sich auf.
Mit der Tastatur: Setze den Fokus auf das Eisenstück und drücke Enter oder die Leertaste, um einen Magneten anzunähern. Pfeil rechts und Pfeil hoch streichen, Pfeil links und Pfeil runter hämmern, Ende erhitzt über die Curie-Temperatur, Pos 1 setzt zurück. Alle Schaltflächen darüber erreichst du auch mit Tab.
Achte auf den Unterschied: Annähern und Streichen bringen Ordnung hinein, Hämmern zerstört sie Stück für Stück — und Erhitzen über die Curie-Temperatur macht sie sofort völlig zunichte. Genau deshalb ist der Verlust durch Hitze dauerhaft: Nach dem Abkühlen liegen die Elementarmagnete weiter kreuz und quer.
Selbstcheck: acht Aussagen
Stimmt die Aussage oder stimmt sie nicht? Entscheide dich bei jeder Zeile und du bekommst sofort eine Rückmeldung. Oben auf der Seite siehst du, wie viele der acht Aussagen du schon richtig eingeordnet hast. Wenn du danebenliegst, kannst du es noch einmal versuchen.
Gleiche Pole von zwei Magneten ziehen sich an.
Aluminium ist ein Metall und wird deshalb von einem Magneten angezogen.
In der Mitte eines Stabmagneten ist die magnetische Wirkung am schwächsten.
Wenn du einen Stabmagneten durchbrichst, hat jedes Stück wieder einen Nordpol und einen Südpol.
Am geografischen Nordpol der Erde liegt ein magnetischer Nordpol.
Ein Neodym-Magnet verliert ab ungefähr 80 °C dauerhaft seine Wirkung.
Zum Magnetisieren streichst du am besten abwechselnd hin und her über das Eisenstück.
Neben Eisen sind auch Nickel und Cobalt magnetisch.
So bereitest du dich jetzt weiter vor
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