Einführende Instruktion - 6. Anwendung des Eisen-Magnet-Modells: Was passiert, wenn ich einen Magneten in der Mitte teile?

6. Anwendung des Eisen-Magnet-Modells:
Was passiert, wenn ich einen Magneten in der Mitte teile?

Kurzbeschreibung

Abschließend wird ein Versuch durchgeführt, in dem ein langer Eisendraht (Knickdraht, erhältlich z.B. bei PHYWE) mit einem Stabmagnet magnetisiert und mittig auf ein leichtgängiges Drehlager für Stabmagnete (PHYWE) gelegt wird (Abb. 19).

Steht dieses Drehlager nicht zur Verfügung, kann der Draht auf eine kleine Styroporplatte gelegt werden, die in einer Glasschüssel mit Wasser (etwa 1-2 cm Wasserhöhe) schwimmt. Der Nachteil ist, dass es neben der Drehbewegung auch eine Bewegung auf den Magneten zu oder weg gibt. Auf den Tageslichtprojektor gestellt, können alle Kinder die Reaktionen des Drahtes bei Annäherung des Magneten beobachten.

Hinweis: Die Nord-Süd-Ausrichtung lässt sich auf dem Tageslichtprojektor in der Regel nicht beobachten, da er magnetische oder magnetisierbare Teile enthält.

Nähert man sich mit dem Stabmagnet vorsichtig den Drahtenden, so kann man den Draht in Rotation versetzen – entweder durch Anziehung oder durch Abstoßung (Abb. 19, 21). So können durch mehrmaliges Probieren die Magnetpole des Drahtes bestimmt und mit Hilfe von Aufklebern markiert werden. Der magnetisierte Eisendraht wird nun mit einer Zange in der Mitte geteilt und in analogem Vorgehen eine der Drahthälften auf dem Drehtisch untersucht (analog zu Abb. 19, 21). Man stellt fest, dass dort wieder zwei unterschiedliche Pole vorhanden sind.

Abb. 19: Anziehung oder Abstoßung eines magnetisierten Eisendrahtes

Zur Vertiefung und Einübung der Modellvorstellung wird dieses Phänomen mithilfe eines Holzbrett-Modells (Abb. 20) erklärt. Bei diesem kann man die Magnetchen per Hand einstellen und sich damit die entstehenden Pole erklären. Das Brett kann nun in der Mitte geteilt werden, wodurch die Stellung der Magnetchen unverändert bleibt und deshalb die Pole wie beobachtet entstehen.

Abbildung 20: Teilbares Holzbrettmodell

Versuche

Versuch: Ein Eisendraht wird magnetisiert

Material:

• Eisendraht (Knickdraht)
• Stabmagnet
• Büroklammern

Abbildung 21: Material

Durchführung:

• Versuch: Es wird gezeigt, dass ein zuvor unmagnetisierter Eisendraht magnetisiert werden kann
• In einem ersten Schritt wird gezeigt, dass der Eisendraht zunächst nicht magnetisiert ist: Büroklammern bleiben nicht hängen
• In einem zweiten Schritt wird mit einem Stabmagneten mehrmals in einer Richtung über den Draht gestrichen (Abb. 22)
• Im dritten Schritt wird gezeigt, dass der Draht nun magnetisiert ist/selbst ein Magnet ist: Büroklammern bleiben an ihm hängen.

Abbildung 22: Magnetisierung eines Eisendrahts

Versuch: Ein magnetisierter Eisendraht wird gedreht

Materialien:

• 1 rot-grüner (oder mit Polnamen markierter) Magnet
• 1 Eisendraht (Knickdraht, erhältlich z.B. bei PHYWE)
• 1 Drehlager/Drehteller (oder kleine Styroporplatte in Wasserschüssel)

Abbildung 23: Material

Durchführung

• Magnetisierung eines Eisendrahts (Anleitung siehe oben)
• Versuchsanordnung: Der magnetisierte Eisendraht wird mittig auf ein Drehlager gelegt. Ein Stabmagnet wird vorsichtig einem Ende des Eisendrahts genähert.
• Versuch: Der Magnet nähert sich an einem Ende dem magnetisierten Eisendraht. Dieser wird (weil auf einem Drehlager liegend) in Rotation versetzt. Je nachdem welche Pole sich nähern (gleichnamige oder ungleichnamige Pole) wird das Ende des Drahts angezogen oder abgestoßen, d.h. die Drehrichtung wird dadurch beeinflusst. (Die Vermutungen der Schülerinnen und Schüler werden VOR der Versuchsdurchführung verbalisiert.)
  • Vermute! → Schüleräußerungen
  • Beobachte! → Schüleräußerungen
• Beobachtungen werden mitgeteilt und zusammengefasst: Der Eisendraht wird von dem Magnet abgestoßen/angezogen und setzt sich dadurch in Bewegung. Der Versuch wird mit beiden Enden des Eisendrahts durchgeführt.

Abbildung 24: Versuch: Ein magnetisierter Eisendraht wird gedreht

Versuch: Teilbarkeit von Magneten (oder: Gibt es Magnete mit nur einem Pol?)

Abbildung 25: Material

Materialien:

• 1 rot-grüner (oder mit Polnamen markierter) Magnet
• 1 Eisendraht
• 1 Drehlager
• 1 Zange

Durchführung

• Versuchsanordnung: Der magnetisierte Eisendraht wird in der Mitte mit einer Zange geteilt. Eine Drahthälfte wird wieder mittig auf das Drehlager gelegt.
• Versuchsablauf wie bei Versuch (Abb. 19) und Bestimmung der Pole der Eisendrahthälfte.

Abbildung 26: Versuch: Teilbarkeit von Magneten (oder: Gibt es Magnete mit nur einem Pol?)

Erklärung mit Hilfe des Eisen-Magnet-Modells („Holzbrettmodell“):
Magnete haben immer zwei Pole

Materialien:

• 1 Holzbrett mit Magnetchen (vgl. Abb. 27)
• Zeichnung: Magnetisiertes Eisenstück bzw. Magnet

Abbildung 27: „Holzbrettmodell“

Erklärung:

• Gemeinsam mit den SchülerInnen wird das Holzbrett (oder die Zeichnung) erläutert: Modell eines Magneten bzw. magnetisierten Eisenstücks.
  → Pfeile stellen Magnetchen dar.
  → Magnetchen zeigen alle in eine Richtung. Der Nordpol ist da, wo die Spitzen sind, der Südpol ist dort, wo die stumpfen Enden der Magnetchen sind.
• Durchtrennt man das Brett (oder zerschneidet man die Zeichnung), so entspricht das dem Zerteilen des magnetisierten Eisendrahts. Bei den beiden Teilen können wieder die Pole bestimmt werden: Da wo die Spitzen der Magnetchen sind,...
• Zusammenfassung: Teilt man einen Magneten in der Mitte, so entstehen wieder zwei Magnete mit jeweils zwei Polen, einem Nord- und einem Südpol.