Hufeisenmagnet – Der Helfer für Schule und Zuhause

Dass Magneten nicht nur Einkaufszettel an der Kühlschranktür anheften können, bekam ein junger Mann aus Düsseldorf schmerzhaft zu spüren: Um sein Fahrrad über den Winter an die Zimmerdecke zu hängen, hatte er sich zwei sogenannte Supermagneten im Internet bestellt. Beim Auspacken der kiloschweren Metallplatten aus getrennt gelieferten Paketen unterschätzte der Hobbysportler jedoch die enormen Anziehungskräfte: Seine Hand wurde zwischen den zueinander strebenden Magneten eingequetscht wie in einem Schraubstock.

Schließlich musste die Feuerwehr anrücken, die den Mann mit Körperkraft, Gummihammer und Holzkeilen aus der magnetischen Klemme befreite. Nicht ohne Grund empfehlen Experten, sich vor dem Hantieren mit Magneten vorab über die Möglichkeiten und Risiken zu informieren. Dekorative Hufeisenmagnete scheinen in diesem Zusammenhang eher harmlos.

Warum sich diese Exemplare besonders für interessante Experimente eignen und wo Sie diese im Alltag noch einsetzen können, erfahren Sie hier.

Wie funktioniert ein Hufeisenmagnet?

Im Gegensatz zu einem Elektromagneten ist ein Hufeisenmagnet ein sogenannter Dauermagnet. Aufgrund seiner Materialzusammensetzung erzeugt er durchgehend ein Magnetfeld innerhalb seiner selbst und in seiner direkten Umgebung. Wie jeder Magnet der Welt besitzt auch ein Hufeisenmagnet zwei magnetische Pole. Sowohl sein Nord- als auch sein Südpol üben starke Anziehungskräfte auf Körper aus ferromagnetischen Stoffen wie Eisen, Kobalt und Nickel aus. Diese Kraft wird auch als Lorentzkraft bezeichnet. Die genaue Definition für Lorentzkraft lautet: Als Lorentzkraft bezeichnet man die Kraft, die auf einzelne bewegte Ladungsträger in einem Magnetfeld wirkt (Lorentzkraft).

Dieses Phänomen ist in der atomaren Struktur der Metalle begründet. Durch den Spin, die Bewegung der Elektronen um den Atomkern, erhält jedes Eisen-Teilchen die Eigenschaften eines winzigen Elektromagneten. Jedes Atom besitzt seinen eigenen Nord- und Südpol.

Kommt Eisen in Kontakt mit einem Magneten, richten sich seine elementaren Bestandteile nach den Pol-Gegenstücken des Magneten aus. Der Nordpol jedes Eisenatoms bewegt sich also in Richtung des Südpols des Magneten und umgekehrt. Die Wirkung ist als magnetische Anziehungskraft wird an diesen Körpern gut sicht- und spürbar.

Was sind magnetische Feldlinien?

In welcher Richtung die Kräfte eines Magnetfeldes (Lorentzkraft) verlaufen, veranschaulichen die Feldlinien auf schematischen Zeichnungen, wie sie viele aus dem Physikunterricht kennen. Dabei stellen sie in ihrer Pfeilrichtung symbolisch dar, wohin sich der Nordpol eines gedachten Eisenteilchens entlang des Magneten bewegen würde.

Was zeichnet das Magnetfeld eines Hufeisenmagneten aus?

Im Vergleich zum Magnetfeld eines Stabmagneten zeichnen die Feldlinien in der Umgebung eines Hufeisenmagneten (durch seine Brückenform) ein wesentlich komplexeres Bild. Sie bewegen sich einerseits von der Innenseite des Nordpols direkt zum gegenüberliegenden Südpol und erzeugen ein derart homogenes Magnetfeld, wie es kein anders geformter Magnet aufweist. Von der Außenseite des Nordpols hingegen verlaufen die Feldlinien in Bögen um das Hufeisen herum in Richtung der Außenseite des Südpols. Dabei überschneiden sie sich nie. Stärkere Bereiche des Magnetfeldes sind in der Darstellung durch eine höhere Dichte der Feldlinien ausgewiesen. Dies bezieht sich auch auf Magnete in Brückenform. Sie benötigen entsprechende starke Hufeisenmagnete? In unserer Schulmagnete-Kategorie finden Sie passende Exemplare!

Der Hufeisenmagnet: Experimente für die Schule und zu Hause

Hufeisenmagnete sind für die Physik prädestiniert. Mit ihrer Hilfe lassen sich die grundlegenden Gesetze des Magnetismus spielerisch veranschaulichen.

Hufeisenmagnet: 1. Experiment: Magnetische Feldlinien sichtbar machen

Für dieses Experiment benötigen Sie zusätzlich zum Hufeisenmagnet feine Eisenspäne, wie sie bei Feilarbeiten an Metallobjekten anfallen. Das Experiment funktioniert dabei wie folgt: 

• 1. Schritt: Eisenspäne verteilen

  Verteilen Sie die Späne auf einer glatten Fläche, z.B. einer beschichteten Tischplatte oder einem Bogen Papier.

• 2. Schritt: Hufeisenmagnet mit den Spänen in Berührung bringen

  Wenn Sie daraufhin einen Hufeisenmagneten ins Zentrum der Späne legen, richten sich die Eisenpartikel aufgrund der Polarität ihrer Atome entlang der Magnetfeldlinien aus. Auf diese Weise lässt sich sowohl der Verlauf der Feldlinien sichtbar machen, als auch die Ausdehnung des Magnetfeldes messen.

Besonders geeignet für ein solches Experiment sind große Hufeisenmagnete, deren Pole farblich gekennzeichnet sind.

Hufeisenmagnet: 2. Experiment: Gegenstände magnetisieren

Nägel, Schrauben, Büroklammern und weitere Gegenstände lassen sich mithilfe eines Hufeisenmagneten (in Brückenform) selbst in Magneten verwandeln. Das Prinzip dahinter beruht ebenfalls auf der magnetischen Ausrichtung der enthaltenen Eisenbestandteile. Führen Sie hierfür einfach die folgenden Schritte durch:

• 1. Schritt: Hufeisen gleichmäßig an metallischen Gegenständen entlangstreichen

  Streichen Sie beispielsweise mit einem Hufeisenmagneten immer wieder vom Kopf bis zur Spitze eines Nagels, richten Sie die Pole seiner Atome regelmäßig in eine Richtung aus. Auf dem Nagel entstehen infolgedessen ein magnetischer Nord- und ein Südpol. Kleinere und leichtere Metallteile wie etwa eine Büroklammer können Sie mit diesem neu entstandenen Magneten leicht anziehen. Fällt Ihnen der Nagel allerdings zu Boden, geraten die Eisenbestandteile in ihrer Ausrichtung wieder in Unordnung, sodass die magnetische Kraft des Gegenstandes verschwindet.

• 2. Schritt: Durch Zerschneiden die Entstehung neuer Magnet mit eigenem Nord- und Südpol demonstrieren

  Mit magnetisierten Drahtstücken lässt sich auch simulieren, was beim Zerbrechen eines Magneten passiert: Schneiden Sie den magnetisierten Draht in zwei Hälften – sozusagen zwischen dem Nordpol und Südpol vom Magneten –, entstehen zwei neue Magneten mit jeweils eigenen Polen. Auf der ganzen Welt existiert kein Magnet mit nur einem einzigen Pol.

Hufeisenmagnet: 3. Experiment: Einen Kompass bauen 

Dieses Experiment lieben Kinder, die sich für Outdoorunternehmungen und spielerisches Survival-Training begeistern können. Gehen Sie wie folgt vor:

• Schritt 1: Utensilien bereithalten

  Sie benötigen eine mit Wasser gefüllte Plastikschale, einen Korken, eine Nadel und einen Hufeisenmagneten.

• Schritt 2: Nadel magnetisieren

  Streichen Sie mit dem Nordpol des Hufeisenmagneten mindestens zwanzig Mal vom Nadelöhr bis zur Spitze. Dabei ist es wichtig, den Magneten – wenn an der Spitze angelangt – von der Nadel wegzuziehen und am oberen Ende wieder neu anzusetzen.
  Auf diese Weise richten sich die Elementarteilchen des Nadelmetalls regelmäßig aus.

• Schritt 3: Nadel auf Korkenscheibe fixieren und auf Wasseroberfläche absetzen

  Auf einer Scheibe des Korkens fixiert, setzen Sie die Nadel auf die Wasseroberfläche. Durch das Magnetfeld der Erde richtet sie sich automatisch in Nord-Süd-Richtung aus.

Doch Vorsicht: Legen Sie den zur Konstruktion genutzten Hufeisenmagneten außer Reichweite des Schwimmkompasses, damit sein eigenes Magnetfeld die Nadel nicht beeinflusst.

Der Hufeisenmagnet: Häufige Fragen

Wir haben die häufigsten Fragen gesammelt, die im Zusammenhang mit Hufeisenmagneten gestellt werden.

Woher kommt die Bezeichnung "Magnet"?

Der Name aller künstlichen Magneten leitet sich vom natürlich magnetischen Mineral Magnetit ab. Dieses wiederum soll ursprünglich in der griechischen Region Magnesia entdeckt worden sein. Anders lautet die Version des antiken Historikers Plinius: Laut ihm fiel einst einem Hirten namens Magnes im türkischen Ida-Gebirge auf, dass die Nägel seiner Schuhe und die metallische Spitze seines Wanderstockes am magnetithaltigen Boden haften blieben.

Was ist stärker – ein Hufeisenmagnet oder ein Stabmagnet?

Haben beide dieselbe Größe, besitzt ein Hufeisenmagnet eine höhere Haftkraft oder Adhäsion als ein Stabmagnet. Im Gegensatz zum Stabmagneten, der nie beide Pole gleichzeitig in Kontakt mit einem Metallteil bringen kann, wirkt ein Hufeisenmagnet durch seine Brückenform mit Nord- und Südpol gemeinsam auf seinen metallischen Gegenpart ein. Darüber hinaus ist die absolute Größe eines Magneten ausschlaggebend für seine Haftkraft.

Schließlich hängt die Stärke der Magnetwirkung nicht zuletzt vom Material des Magneten ab: Sogenannte Ferrit-Magnete üben relativ schwache Anziehungskräfte aus und können nur bis zu einer Einsatztemperatur von 250 °C genutzt werden. Magnete aus Aluminium, Nickel und Kobalt (AlNiCo) sind stärker und bis zu einer Einsatztemperatur von 500 °C einsetzbar. Das Material lässt sich bequem verarbeiten, sodass Sie AlNiCo-Magneten in vielen denkbaren Formen erhalten – unter anderem auch als Hufeisenmagnet. Magnete aus der seltenen Erde Neodym in Verbindung mit Eisen und Bor werden aufgrund ihrer starken Haftkraft bzw. Magnetkräfte häufig als „Supermagnete“ bezeichnet. Da Neodym jedoch spröde ist, kommen sie nicht in Hufeisenform vor. Entsprechend gibt es keine Neodym-Hufeisenmagnete.

Welchen Nutzen hat ein Hufeisenmagnet?

Dauermagnete nutzt die Industrie im Bereich der Mechanik, Elektronik und Elektromechanik; zum Beispiel in:

• Elektromotoren
• Fahrraddynamos
• Mikrowellengeräten
• modernen Windkraftanlagen

Hufeisenmagnete dienten dabei früher häufig als Feldmagnete in Lautsprechern von Radiogeräten. Groß dimensioniert können sie Schrott und Metallteile oder Gefahr Güter anheben oder beim Aussortieren von metallischen Gegenständen in der Mülltrennung helfen. In Schulen und Privathaushalten ermöglichen Hufeisenmagnete (Brückenform) anschauliche Experimente, können zum Basteln und Heimwerken genutzt werden oder um metallische Körper und Kleinteile aus chaotischen Schreibtischschubladen, Werkzeugkästen oder Nähkästchen zu sammeln.

Woher bekomme ich schöne und große Hufeisen-Magnete?

Bei magnet-shop.net erhalten Sie Hufeisenmagnete sowohl aus Ferrit als auch aus AlNicCo – wobei letztere naturgemäß die stärkere Magnetkraft ausüben. Insbesondere für die beschriebenen Lernexperimente eignen sich große Exemplare, deren Pole farblich gekennzeichnet sind.

Natürlich haben wir im Magnetshop auch Supermagnete bzw. Neodym-Magnete für Sie.

Was bedeutet geographischer und magnetischer Nordpol?

Durch die Rotationsbewegungen des flüssigen Kerns der Erde entsteht innerhalb und um unseren Planeten herum ein riesiges Magnetfeld, vergleichbar mit dem eines großen Stabmagneten. Jeglicher Magnet auf der Erde richtet sich nach dem Verlauf dieses Feldes aus, wenn man ihn z.B. frei an einen Bindfaden hängt. Der geografische Nordpol unseres Planeten, der den gedachten nördlichen Durchstoßpunkt der Erdrotationsachse darstellt, ist jedoch nicht deckungsgleich mit dem magnetischen Pol der Arktis. Der Magnetpol liegt einige Kilometer neben dem geografischen Pol und wandert abhängig von der Sonnenaktivität bis zu 80 Kilometer am Tag. Verwirrenderweise ist der magnetische Pol in der Arktis ein magnetischer Südpol. Diese Benennung hat historische Gründe. Als Menschen zum ersten Mal entdeckten, dass sich ein Pol eines Magneten nach Norden ausrichtete, entstand die Konvention, die entsprechende Seite des Magneten „Nordpol“ zu nennen. Erst später wurde klar, dass sich gegensätzliche Pole anziehen und dass der magnetische Pol im Norden der Erde demnach ein magnetischer Südpol sein muss. Um Konfusion zu vermeiden, spricht man in der Wissenschaft heutzutage vom „arktischen und antarktischen Magnetpol“.

Fazit: Hufeisenmagneten sind optimal für den Schulunterricht geeignet

Magnetismus eignet sich hervorragend, um Kinder für Naturwissenschaft zu begeistern und Ihnen so z.B. die Lorentzkraft an metallischen Körpern zu demonstrieren. Materialien, die sich wie von Geisterhand anziehen und sich nach unsichtbaren Feldlinien ausrichten, machen neugierig auf die physikalischen Gesetze im Hintergrund. Während Nachwuchsforscher gern experimentieren, fasziniert die Älteren dagegen vor allem die praktische Anwendung von Magneten – sei es beim Heimwerken, Bergen von Gefahrgut oder edlen Verschlüssen von Designer-Handtaschen sowie Goldschmuck. Nutzen auch Sie die Vorteile und bestellen Sie hier Ihren passenden Hufeisenmagnet!

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