Jeder kennt diese harten und dunklen Gegenstände, die geheimnisvolle Kräfte ausstrahlen. Man begegnet ihnen überall: Sie halten nicht nur Notizen am Kühlschrank und schließen Handtaschen, sondern sind auch in den meisten Haushalts- und Elektrogeräten vorhanden. Magnete ziehen ferromagnetische Metalle an und bleiben deshalb beispielsweise an der Heizung oder am Kühlschrank haften. Diese Anziehung ist zwar sichtbar, die Kraft ist jedoch nicht zu spüren. Daher sind Magneten für viele Menschen sehr mystisch. Ihre Kraft ist für den Menschen nicht wahrnehmbar – zumindest nicht körperlich. Der Mensch kann die Energiefelder der Magnete weder hören, riechen, sehen, noch direkt spüren. Wie kann das möglich sein? Welche unsichtbaren Kräfte stecken dahinter?
Magnete – allgegenwärtig und geheimnisvoll
Was ist ein Magnet?
Ein Magnet ist ein Objekt, das ein eigenes Magnetfeld besitzt. Als Magnet werden also Gegenstände bezeichnet, die andere Metalle anziehen oder aber abstoßen können. Metalle, die über magnetische Eigenschaften verfügen sind Eisen, Kobalt und Nickel. Jeder Magnet besitzt zwei sogenannte „Pole“, einen Nordpol und einen Südpol. Diese ziehen die jeweils anderen Pole an.
Hält man den Südpol eines Magneten und den Nordpol eines anderen Magneten aneinander, so werden sich diese anziehen. Versucht man allerdings, zwei Nordpole (oder zwei Südpole) aneinander zu halten, so werden sich die Magneten abstoßen.
Die unsichtbare Kraft, die zwischen den Magneten wirkt, bezeichnet man als magnetische Kraft.
Warum ist ein Magnet magnetisch?
Nicht jedes Metallstück ist magnetisch. Der Grund dafür ist der, dass die Atome oder die kleinen Metallteilchen, aus denen das Stück Metall besteht, ungeordnet sind. Alle diese Teilchen kann man sich als kleine Magneten vorstellen. Da diese kleinen Magneten ungeordnet sind, sind ihre magnetischen Kräfte aufgehoben. Das Metallstück hat also weder einen Nordpol noch einen Südpol. Diese Teilchen ordnen sich jedoch, indem man mit einem Magneten darüber streicht. All diese Teilchen drehen sich in eine Richtung. Dadurch vereinigen sich ihre Magnetkräfte und das Metallstück wird magnetisch. Das funktioniert allerdings nur, wenn es sich um einen sog. „ferromagnetischen Stoff“ – also Eisen, Kobalt oder Nickel – handelt.
Aus dem gleichen Grund ist auch ein Magnet magnetisch. Denn dieser besteht aus einem ferromagnetischem Material, dessen elementar-magnetischen Teilchen alle in dieselbe Richtung ausgerichtet sind. All die Teilchen, aus denen ein Magnet besteht (Neutron, Elektron und Proton), stellen einzeln einen kleinen und schwachen Magneten dar. Diese kleinen Magnete setzen sich zu größeren Magneten zusammen, indem sich ihre Magnetkräfte addieren. Protonen und Neutronen, die den Atomkern bilden, machen diesen Kern zu einem großen Magneten. Atome werden zu Molekülen oder Kristallen verbunden. Dadurch entstehen Magnete und dementsprechend auch Magnetkräfte.
Wann ist ein Magnet magnetisch?
Alle Stoffe sind magnetisch, soweit sie sogenannte magnetische Domänen besitzen. Es handelt sich dabei um gleich ausgerichtete Elektronen. Von außen ist das nicht immer zu erkennen.
Damit sich diese magnetische Eigenschaft aktiviert, müssen all diese kleinen Teilchen des Metallstücks in dieselbe Richtung ausgerichtet sein bzw. gepolt sein. Wenn ein starkes Magnetfeld an das Metallstück gehalten wird, werden alle Teilchen dazu gezwungen, sich in die gleiche Richtung zu steuern, wodurch die magnetische Kraft nach außen wirkt.
Was zieht ein Magnet an?
Die Anziehungskraft der Magnete wirkt nur auf Dinge, die Eisen, Nickel oder Kobalt enthalten. Diese drei Stoffe werden als ferromagnetische Stoffe bezeichnet, da sie ein eisenähnliches Verhalten aufweisen.
Wo sind Magnete am stärksten?
Die Anziehungskraft der Magnete ist am stärksten an den Polen. In der Mitte des Stabmagnets herrscht fast keine Kraft. Diesen Bereich bezeichnet man daher auch als „neutrale Zone“. Stattdessen wirkt die Magnetkraft bei einem Hufeisenmagnet viel stärker, weil sich in diesen Magneten die Kraft beider Pole auswirkt. Nordpol und Südpol wirken entgegengesetzt. Daher heben sich die Wirkungen sowohl von Nordpol als auch vom Südpol immer mehr auf, je mehr man sich der Mitte des Magneten nähert. Da die Enden eines Hufeisenmagnets zusammen wirken, hat man dadurch die Möglichkeit, schwerere Lasten zu heben, als mit nur einem Pol bei einem Stabmagneten.
Was passiert, wenn ein Magnet zerbricht?
Magnete sind in unterschiedlichen Bauformen vorhanden. Eine einfache Form des Magneten ist der Stabmagnet. Eine andere und sehr typische Bauform ist der Hufeisenmagnet. Bei allen diesen Magneten unterscheidet man zwischen Nordpol und Südpol. Der Nordpol wird oft mit roter Farbe gekennzeichnet, der Südpol mit Grün oder Blau.
Wenn ein Stabmagnet in der Mitte zerbricht, ergeben sich daraus wieder zwei neue Stabmagnete, wobei beide dieser Magneten wieder einen Nordpol und einen Südpol aufweisen. Egal wie oft man diese neu entstandenen Stabmagnete teilt, man erhält immer wieder neue Magneten mit beiden Polen.
Dies geschieht, da sich die magnetisierbaren Stoffe aus kleinen Bereichen zusammensetzen, wobei sich alle wie ein Magnet verhalten. Diese bezeichnet man als Elementarmagnete. Diese Elementarmagnete können mit einem anderen Magneten ausgerichtet werden. Auf eine derartige Weise können Körper magnetisiert werden.
Hitze oder Erschütterung entmagnetisiert die Stoffe wieder.
Wann verliert ein Magnet seine Kraft?
Ganz egal wie geheimnisvoll und faszinierend ein Magnet auch ist, wird er nicht von ewiger Dauer sein. Obwohl man es vielleicht nicht glaubt – die Magneten verlieren mit der Zeit ihre Kraft. Die Haltbarkeit der Magneten wird durch drei Dinge beeinflusst:
Erschütterung
Im Gegensatz zu Neodym-Magneten sind alle anderen Dauermagnete empfindlich gegen Erschütterung. Daher sollte man Erschütterungen vermeiden, um die Haftkraft zu erhalten. Es kann also vorkommen, dass schon bei einem einmaligen Herunterfallen die Ordnung des Magneten durcheinander kommt und sich seine magnetische Kraft verringert. Die magnetische Kraft kann so auch ganz zerstört werden. Je öfter man den Magneten erschüttert, desto kleiner werden seine magnetische Eigenschaften sein.
Temperatur
Jeder Magnet hat seine eigene maximale Einsatztemperatur. Neodym Magnete beispielsweise verlieren ihre Magnetkraft schon bei 80° C. Auch Kälte kann die innere Ordnung der Magnete durcheinanderbringen.
Magnetfelder
Magnetfelder haben die Ordnung in den Magneten hergestellt und diese können sie auch wieder zerstören. Starke äußere Magnetfelder können die Teilchen vermischen, obwohl diese einheitlich ausgerichtet sind. Dadurch wird die Kraft dieser Magnete nicht mehr nach außen erscheinen.
Obwohl die Magneten für eine lange Zeit erhalten bleiben können, indem sie vor den genannten drei Faktoren geschützt werden, besteht ein weiterer Faktor, vor dem es keinen Halt gibt – nämlich Rost. Korrosion kann Magnete dauerhaft zerstören. Um dies zu verhindern, wird bei der Herstellung von Magneten Kobalt hinzugefügt. Dadurch wird der Zerfall verhindert.
Welche Magnetarten gibt es?
Natürliche Magnete sind Magnete, die frei in der Natur vorkommen. Diese sogenannten Magnetit-Steine setzen sich aus abgekühlter eisenhaltiger Lava und Stickstoff zusammen. Diese haben den natürlichen Magnetismus der Erde.
Elektromagnete sind Magnete, die technisch durch Induktion bzw. durch Strom entstehen. Strom fließt dabei durch eine Spule, die um einen Eisenkern gewickelt ist. Solange der Strom fließt, führt und hält der Eisenkern das entstehende Magnetfeld. Diese Magnete sind nur dann magnetisch, wenn Strom durch sie hindurchfließt.
Dauermagnete (Permanentmagnete) sind Magnete, die industriell aus unterschiedlichen Materialien gefertigt sind. Ferrit-Magnete bestehen hauptsächlich aus Eisen. Neodym-Magnete bestehen aus Neodym, Eisen und Bor. AlNiCo-Magnete bestehen aus Aluminium, Nickel und Kobalt. SmCo-Magnete bestehen aus Samarium und Kobalt. Dauermagnete werden beispielsweise in Messgeräten, Kompassen, Mikrofonen und in Festplatten von Computern benutzt.
Supermagnete sind eine spezielle Art von Dauermagneten, die auf der Basis von Neodym hergestellt werden. Neodym ist eine Art der sogenannten „seltenen Erden“. Diese Magnete sind viel stärker als Ferrit-Magnete, weshalb man sie als Supermagnete bezeichnet. Sie haben je nach Größe enorme Kräfte. Je größer ein solcher Magnet ist, umso höher ist seine Haftkraft.