6. Warum lässt sich Eisen magnetisieren?
Alle Atome sind aus Protonen, Neutronen (Kernbausteine) und Elektronen (Atomhülle) aufgebaut. Diese kleinsten Atombausteine verhalten sich ihrerseits bereits wie winzigste kleine Magnete. Für Eisen ergibt sich hinsichtlich der Anordnung dieser winzigsten kleinen Magnete und damit der magnetischen Wirkung eine Besonderheit: Eisen ist ein Kristall, d.h. die Eisenatome sind an feste, gleichmäßig angeordnete Plätze gebunden. In den Eisenatomen in einem Kristall sind die Elektronen in die zweitäußerste Elektronenschale so eingebaut, dass sich dadurch die magnetische Wirkung des gesamten Eisenatoms verstärkt. Dadurch sind die Eisenatome im Kristall bereits kleine ‚Magnetchen’. In einem unmagnetischen Stück Eisen sind diese einzelnen ‚Magnetchen’ unregelmäßig in alle Richtungen orientiert. Die magnetischen Wirkungen der ‚Magnetchen’ heben sich deshalb gegenseitig auf. Nach außen zeigt das Eisenstück keine magnetische Wirkung. Wird nun von außen ein Magnet (z.B. ein Stabmagnet) in die Nähe des Eisenstücks gebracht, orientieren sich die ‚Magnetchen’ in eine Richtung, die durch den äußeren Magneten vorgegeben ist (wie Kompassnadeln in der Nähe eines Magneten). Dadurch ist das Eisenstück magnetisiert und selbst zu einem Magneten geworden.
Dass die gleichorientierten Elementarmagneten nach außen auf einen anderen Magneten eine Kraft ausüben lässt sich folgendermaßen verdeutlichen. Wir untersuchen dazu die magnetische Kraft eines bzw. zwei Stabmagnete auf einen dritten Magneten (s. Abb. 6 und 7). Zunächst nehmen wir einen Magneten und orientieren ihn so, dass der dritte Magnet abgestoßen wird. Nun wird der zweite Stabmagnet mit gleicher Orientierung an den ersten gepresst (sie stoßen sich ab) und die Wirkung auf den dritten Magneten betrachtet: diese ist größer geworden, denn nun wird der dritte Magnet von zwei Magneten abgestoßen. Nun drehen wir den zweiten Stabmagneten um (erster und zweiter Magnet ziehen sich jetzt an). Auf den dritten Magneten gibt es jetzt praktisch keine Wirkung, denn der erste Stabmagnet stößt ihn ab, der zweite zieht ihn etwa genauso stark an. Damit heben sich die Wirkungen der beiden Stabmagneten auf.
Wenn die Elementarmagnetchen in ihren Orientierungen in alle Richtungen etwa gleich verteilt sind, gibt es nach außen etwa gleich viele die anziehen und gleich viele die abstoßen, es liegt ein gewöhnliches, unmagnetisiertes Stück Eisen vor.
Abbildung 6: Vergleich der Stärke einer kombinierten Magneten mit der eines einzelnen Magneten
Die folgenden Bilder zeigen, wie unterschiedlich stark der Magnet auf dem Wägelchen die Rampe nach oben geschoben wird:
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| Abb. 7a-d: Die magnetische Wirkung von zwei Stabmagneten verstärkt sich(7a) oder hebt sich auf (7d). | |