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Alles ist magnetisch – manchmal muss mannachhelfen
Jurgen Schnack
Fakultat fur Physik – Universitat Bielefeldhttp://obelix.physik.uni-bielefeld.de/∼schnack/
Kinderuni, 13. Marz 2009
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Physiker I
Physiker I
Ich bin Physiker.
Jurgen Schnack, Alles ist magnetisch 1/39
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Physiker II
Physiker II
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Physiker III
Physiker III
Physiker untersuchen die
grundlegenden Krafte der Natur
und fragen sich, was man damitmachen kann.
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Physiker IV
Physiker IV
1. Die Gravitation (Schwerkraft)
• Alle Massen ziehen sich an.
• Die Erde zieht uns an; wir fallen nicht herunter (auchnicht in Australien).
• Galileo Galilei (1564 - 1642) hat die Auswirkungender Schwerkraft in Fallexperimentenuntersucht.
• Sterne und Planeten bleiben durch die Gravitationbeieinander und bewegen sich umeinander.
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Physiker V
Physiker V
(aus wikipedia.de)
2. Die starke Kraft
• Die starke Kraft halt die Atomkerne zusammen.
• Sie ist die starkste Kraft, aber wir konnen sienicht spuren, da sie nicht uber den Atomkernhinausreicht!
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Physiker VI
Physiker VI
(aus wikipedia.de)
3. Die schwache Kraft
• Die schwache Kraft lasst manche Atomkernezerfallen.
• Der radioaktive β-Zerfall wird durch dieschwache Kraft verursacht.
• Auch die schwache Kraft konnen wir nichtspuren.
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Physiker VII
Physiker VII
(aus wikipedia.de)
4. Die elektromagnetische Kraft
• Die elektromagnetische Kraft wirkt aufelektrische Ladungen.
• Sie ist fur den elektrischen Strom (Elektronen imDraht) verantwortlich.
• Die elektromagnetische Kraft macht auch dasLicht und die Radiowellen und den Blitz.
• Die elektromagnetische Kraft ist auch fur denMagnetismus verantwortlich.
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Magnetismus
Magnetismus
Wo habt Ihr denn schon einmal Magnetismus entdeckt?
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Wo gibt es Magnetismus?
Wo gibt es Magnetismus?
• Geomag-Spielzeug
• Tafelmagnete
• Tonbandkassetten, Computerfestplatten
• Fahrraddynamo, Elektromotor
• Kompass, Erde
• . . .
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Magnetismus
Magnetismus
Woran erkennt man denn magnetische Materialien?
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Woran erkennt man magnetische Materialien?
Woran erkennt man magnetische Materialien?
(aus Was ist was)
• Eisen wird angezogen
• Kompassnadel wird ausgelenkt
• geladene Teilchen werden abgelenkt
• Tonbandkassette geloscht!!!(Bitte nicht probieren, ist dann wirklich weg.)
• . . .
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Magnete haben Nord- und Sudpol I
Magnete haben Nord- und Sudpol I
(aus Wikipedia)
• Magnete haben einen Nord- und einen Sudpol
• Warum heißen die so und woher wissen wir daseigentlich?
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Magnete haben Nord- und Sudpol II
Magnete haben Nord- und Sudpol II
(aus Wikipedia)
• Die Seite der Kompassnadel, die auf der Erdenach Norden zeigt, heißt Nordpol, die andereSudpol.
• Und wenn ich den Magneten durchbreche?
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Magnete haben Nord- und Sudpol III
Magnete haben Nord- und Sudpol III
(aus Was ist was)
• Magnete haben immer einen Nordpol und einen Sudpol.
• Wenn ich einen Magneten durchbreche, dann entstehen zwei neue Magnete undbeide haben jeweils einen Nordpol und einen Sudpol.
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Magnete haben Nord- und Sudpol IV
Magnete haben Nord- und Sudpol IV
(aus Was ist was)
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Magnetfeld der Erde I
Magnetfeld der Erde I
(aus Was ist was)
Wenn der Nordpol der
Magnetnadel auf der Erde
nach Norden zeigt,
dann ist dort alsoein magnetischer . . .
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Magnetfeld der Erde II
Magnetfeld der Erde II
. . . ein magnetischer Sudpol! Und am Sudpol, also in der Antarktis, liegt dermagnetische Nordpol.
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Magnetfeld der Erde III
Magnetfeld der Erde III
Das Magnetfeld der Erde schutzt uns vor dem Sonnenwind!
Die Sonne sendet neben dem Licht auch viele kleine geladene Teilchen, die ohnedas schutzende Magnetfeld auf die Erde prallen wurden und Schaden anrichten
konnten.
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ 1. Zusammenfassung
1. Zusammenfassung
! • Es gibt 4 fundamentale Krafte:Gravitation, stark, schwach, elektromagnetisch.
• Magnete ziehen Eisen an.
• Magnete haben immer einen Nordpol und einen Sudpol.
• Verschiedene Pole ziehen sich an, gleiche stoßen sich ab.
• Die Erde ist selbst ein großer Magnet.
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Magnetismus
Ist das alles?
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Magnetismus
Ist das alles?
Nein, das waren nur die Permanentmagnete!
Jetzt machen wir Sachen magnetisch!
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Magnetismus
Kann man alles magnetischmachen?
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Magnetismus
Kann man alles magnetischmachen?
Ja, alles!
Sogar Frosche und Erdbeeren!
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Einteilung der Magnete
Einteilung der Magnete
Permanentmagnete Alle (anderen) Stoffe
sind immer magnetisch konnen magnetisch gemacht werden
durch Magnetfelder oder elektrischen Strom
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Magnetismus durch Strom
Magnetismus durch Strom
• Jeder elektrische Strom erzeugt ein Magnetfeld.
• Das kann man mit einer Kompassnadeluberprufen.
• Eine große Anwendung hat dies in Spulen(Lautsprecher, Transformator, Elektromotor,. . . ).
• Man kann den Elektromagneten an- und aus-schalten.
• Wir bauen uns eine Spule.
• Wir schauen uns an, wie man damit in der MensaBesteck einsammelt.
http://www.edu.lmu.de/supra/magnetismus_uebersicht.htm
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Magnetismus durch Magnete
Magnetismus durch Magnete
• Magnete beziehungsweise Magnetfelder konnenStoffe so verandern, dass sie magnetisch wer-den.
• Dabei stoßen sich die Stoffe vom ursprunglichenFeld ab.
• Deshalb fliegt der Frosch!
• Und wir lassen jetzt einen Aluminiumring fliegen.
• Supraleiter fliegen im Magnetfeld auch sehr gut.
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Magnetismus
Bleiben Permanentmagnetewirklich immer magnetisch?
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Magnetismus
Bleiben Permanentmagnetewirklich immer magnetisch?
Nein, sie vertragen keine Warme!
Und sie werden von anderen Magneten gestort!
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Permanentmagnete vertragen keine Warme
Permanentmagnete vertragen keine W arme
(aus Was ist was)
magnetisch
nichtmagnetisch
kalt heiss
• Permanentmagnete vertragen keine Warme.
• Wenn sie zu heiß werden, verlieren sie ihren per-manenten Magnetismus. Warum?
• Die vielen kleinen Magnete im Magnet fangenan, sich zu bewegen.
• Wenn man den Magneten wieder abkuhlt,kommen sie oft nicht in ihre alte Lage zuruck.
• So etwas untersuchen wir.
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Permanentmagnete storen sich gegenseitig
Permanentmagnete st oren sich gegenseitig
!• Permanentmagnete storen sich gegenseitig,
wenn sie einander zu nahe kommen.
• Dann wechselwirken sie miteinander und richtensich neu aus.
• Computerfestplatten bestehen aus nebeneinan-der angeordneten kleinen Magneten. Man kanndie Platten nicht kleiner machen, weil sich sonstdie kleinen Magnete neu ausrichten, und dannsind die Daten weg.
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ 2. Zusammenfassung
2. Zusammenfassung
! • Permanentmagnete vertragen keine Warme.
• Permanentmagnete konnen sich beeinflussen und storen.
• Elektrische Strome sind immer mit Magnetfeldern verbunden.
• Stoffe reagieren auf Magnetfelder und konnen dadurchmagnetisch werden. Sie stoßen sich dann ab.
Keine Zeit mehr!
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Magnetismus
Ist es eigentlich schwer, starkeMagnete zu machen?
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Magnetismus
Ist es eigentlich schwer, starkeMagnete zu machen?
Ja, leider!
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Große Magnetfelder
Große Magnetfelder
• Große Magnetfelder sind schwer herstellbar.
• Man braucht viel Strom.
• Das starke Magnetfeld zerrt an der Spule.Dadurch kann sie zerreißen.
• Aber wir Physiker sind schneller!
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Supermagnetfelder
Supermagnetfelder
• Beim Herstellen großer Magnetfelder geht leiderdie Spule kaputt.
• Trotzdem kann man in der kurzen Zeit(Millisekunde) eine Messung durchfuhren,z.B. mit einem Laserstrahl.
• Fur Felder von 80-300 Tesla explodiert die Spuleeinfach.
• Fur Felder uber 300 Tesla versucht man, dieExplosion der Spule mit einer Gegenexplosionaufzuhalten; allerdings auch nur furMillisekunden.
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Dank
Vielen Dank an meine Mitstreiter
Fakult at fur Physik
• Arbeitsgruppe: M. Hock, S. Leiding, R. Schnalle, J. Um-methum; H. Litschewsky
• Alke Rabow, Hans Bartels
• Elektronische Werkstatt
• Feinmechanische Werkstatt
• Arbeitsgruppe Prof. Gunter Reiss
• Dr. Oliver Portugall, Prof. Dr. Michael von Ortenberg,Prof. Dr. James Brooks, Prof. Dr. Stephen Hill
• Service Center Medien
• SchulerInnen-Buro
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➠ ➡➡ ➠ ❐ ? ✖ Vielen Dank fur die Aufmerksamkeit
Und Euch allen:
Vielen Dank fur EureAufmerksamkeit
(Ihr habt’s geschafft!)
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Links und Literatur fur Kinder
• Homepage Jurgen Schnackhttp://obelix.physik.uni-bielefeld.de/∼schnack/
• Teutolab Bielfeldhttp://www.teutolab.de/
• Physik fur Kids in Oldenburghttp://www.physikfuerkids.de/lab1/magnet/
• Wikipediahttp://www.wikipedia.de/
• Was ist was, Band 39, Magnetismus
• Materialborse fur Grundschulen an der LMU Munchenhttp://www.edu.lmu.de/supra/materialboerse080103.htm
Jurgen Schnack, Alles ist magnetisch 38/39
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Weitere Links (auch fur große Kinder = Eltern)
• http://www.hfml.ru.nl/froglev.html
• http://www.tcd.ie/Physics/Schools/what/materials/magnetism
• http://www.phy.syr.edu/courses/ijmp c/Ising.html
• http://www.physik.tu-dresden.de/itp/members/kobe/isingphbl/
• http://physics.ucsc.edu/∼peter/java/ising/ising.html
• http://ti.fh-bielefeld.de/ti/vorlesung/swe/schroeder/index.htm
• http://spin.fh-bielefeld.de/
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