Magnetismus

Ein Magnet zieht nicht alles an. Er wirkt nur auf wenige Stoffe, vor allem auf Eisen, Nickel und Cobalt. Solche Stoffe nennt man ferromagnetisch. Aluminium, Kupfer, Glas, Holz und Kunststoff lässt ein Magnet dagegen völlig kalt. Deshalb hält ein Kühlschrankmagnet an der Stahltür, aber nicht an der Fensterscheibe daneben.

Die Kraft eines Magneten ist an zwei Stellen am stärksten. Diese Stellen heißen Pole. Tauchst du einen Stabmagneten in Eisenspäne, bleiben an den beiden Enden dicke Büschel hängen, in der Mitte fast nichts. Der eine Pol heißt Nordpol, der andere Südpol. Jeder Magnet hat immer beide – einen einzelnen Pol gibt es nicht. Wenn du einen Stabmagneten in der Mitte durchbrichst, hast du nicht einen Nordpol und einen Südpol in der Hand, sondern zwei vollständige kleine Magnete mit je zwei Polen.

Magnete wirken auch durch Lücken hindurch, ohne sich zu berühren. Den Raum um einen Magneten, in dem diese Kraft wirkt, nennt man Magnetfeld. Es ist unsichtbar, aber du kannst es sichtbar machen: Streue Eisenpulver auf ein Blatt Papier über einem Magneten, dann ordnen sich die Körnchen in Linien an, die von einem Pol zum anderen laufen. Außerhalb des Magneten verlaufen diese Feldlinien immer vom Nordpol zum Südpol. Auch die Erde hat ein solches Feld. Eine frei drehbare Magnetnadel richtet sich darin aus – das ist ein Kompass.

Ein typischer Fehler: Viele denken, ein Magnet ziehe jedes Metall an. Probiere es mit einer Aluminiumdose oder einer Kupfermünze aus – da passiert nichts. Metall ist nicht gleich Eisen.

Ein Dauermagnet ist immer magnetisch, ob du willst oder nicht. Es gibt aber auch Magnete, die sich per Schalter ein- und ausschalten lassen: Elektromagnete. Sie nutzen einen Zusammenhang, den der dänische Physiker Hans Christian Ørsted 1820 entdeckte: Fließt Strom durch einen Draht, entsteht um den Draht herum ein Magnetfeld. Ein einzelner gerader Draht erzeugt nur ein schwaches Feld, doch wickelst du den Draht zu einer Spule mit vielen Windungen auf, addieren sich die Magnetfelder aller Windungen zu einem viel stärkeren Feld.

Steckst du zusätzlich einen Eisenkern in die Spule, wird das Magnetfeld noch einmal deutlich stärker, weil sich das Eisen selbst mitmagnetisiert, solange Strom fließt. Schaltest du den Strom ab, verschwindet das Magnetfeld fast vollständig, und der Eisenkern verliert seine magnetische Wirkung wieder. Genau das unterscheidet den Elektromagneten vom Dauermagneten: Er lässt sich an- und abschalten, und seine Stärke lässt sich über die Windungszahl und die Stromstärke verändern.

Fehler 1: „Ein Magnet zieht jedes Metall an.“ Das stimmt nicht. Nur Eisen, Nickel und Cobalt sind ferromagnetisch. Aluminiumfolie, Kupferdraht oder eine Silbermünze bleiben von einem Magneten unbeeinflusst, obwohl es Metalle sind. Prüfe im Zweifel immer selbst mit einem Magneten, statt es anzunehmen.

Fehler 2: Magnetfeldlinien werden mit dem Stromfluss im Draht verwechselt. Der elektrische Strom fließt im Draht selbst von Plus nach Minus. Das dadurch erzeugte Magnetfeld dagegen bildet sich ringförmig um den Draht herum und ist eine ganz eigene, zusätzliche Erscheinung – es ist nicht dasselbe wie der Strom, sondern eine Folge davon.

Fehler 3: Man denkt, ein zerbrochener Magnet hätte nur noch einen Pol. Tatsächlich entsteht an der Bruchstelle sofort ein neuer, entgegengesetzter Pol, sodass aus einem Magneten zwei vollständige kleine Magnete werden.

Fehler 4: Anziehung wird mit dem Beweis für einen Magneten verwechselt. Auch unmagnetisiertes Eisen wird von einem Magneten angezogen, obwohl es selbst kein Magnet ist. Nur eine Abstoßung beweist zweifelsfrei, dass beide Gegenstände echte Magnete sind.

Magnetismus begegnet dir öfter, als du vielleicht denkst. Ein Kompass nutzt das Magnetfeld der Erde: Seine Nadel ist selbst ein kleiner Dauermagnet, der sich frei drehen kann und sich deshalb am viel größeren Erdmagnetfeld ausrichtet. So zeigt der Nordpol der Nadel zuverlässig nach Norden.

Der Kühlschrankmagnet an deiner Küchentür hält, weil die Tür aus magnetisierbarem Stahl besteht und der Magnet selbst dauerhaft magnetisiert ist. In einem Elektromotor, wie er in Waschmaschine, Ventilator oder Spielzeugauto steckt, treiben sich wechselnde Magnetfelder von Spulen gegenseitig an und versetzen eine Achse in Drehung. Eine Computerfestplatte speichert Daten, indem winzige Bereiche einer Scheibe unterschiedlich magnetisiert werden – jede Ausrichtung steht für eine 0 oder eine 1. Und bei einer MRT-Untersuchung im Krankenhaus erzeugt ein extrem starker Elektromagnet ein Magnetfeld, mit dem sich das Innere des Körpers ohne Röntgenstrahlung sichtbar machen lässt.