Physik

Was ist Magnetismus?

STAND
AUTOR/IN
Gábor Paál
Gábor Paál (Foto: SWR, Oliver Reuther)

Audio herunterladen ( | MP3)

Elektromagnetische Kraft

Der Magnetismus ist der "Zwillingsbruder" der Elektrizität, denn es gibt ein paar auffallende Ähnlichkeiten. Beides – elektrischer Strom wie auch Magnetismus – kennen wir vor allem von Metallen. Beides hat damit zu tun, dass zwei entgegengesetzte Pole eine Kraft aufeinander ausüben. In der Elektrizität kennen wir Plus- und Minus-Pole, beim Magnetismus sprechen wir von Nord- und Südpolen. Die ziehen sich gegenseitig an. Das heißt, zwischen beiden entsteht ein Feld – ein elektrisches oder ein magnetisches Feld. Das alles ist kein Zufall, sondern die beiden Phänomene hängen eng miteinander zusammen. Denn Elektrizität und Magnetismus sind unterschiedliche Ausdrucksformen ein und derselben physikalischen Kraft – eben der "elektromagnetischen Kraft".

Wie hängen Magnetismus und Elektrizität zusammen?

Magnetismus entsteht dadurch, dass elektrische Ladungen sich in irgendeiner Form bewegen. Das kann in einem Stromleiter sein. Wenn irgendwo Strom fließt, wenn also Elektronen durch einen elektrischen Leiter strömen, dann erzeugt dieser Strom um sich herum ein Magnetfeld. Wenn man einen Draht auf eine Spule wickelt und dann Strom durchjagt, wird diese Spule damit automatisch zu einem Magneten – eben einem Elektromagneten. Aber nur, solange der Strom fließt. Stelle ich den Strom wieder ab, hören also die Elektronen auf, sich zu bewegen, dann hört auch das magnetische Feld auf.

Wie entstehen Magnete, die ohne Strom funktionieren?

Auch dieser Magnetismus entsteht durch die Bewegung von Elektronen. Der Unterschied ist, dass die Elektronen gewissermaßen um die eigene Achse rotieren. Physiker bezeichnen dieses Phänomen als Spin. Elektronen drehen sich um die eigene Achse – das tun sie immer, dazu braucht es keinen Strom – und auch bei dieser "Bewegung" erzeugen sie ein Magnetfeld.

Elektronen gibt es in allen Stoffen. Warum kennen wir Magnetismus vor allem von Metallen?

Elektronen gibt es überall und überall rotieren sie – aber in den meisten Stoffen rotieren sie eben durcheinander, jedes in eine andere Richtung. Deshalb erzeugen sie kein klares magnetisches Feld.

Bei Metallen ist das anders. Metalle haben eine besondere Struktur. Die Atome sind dort in einem Gitter angeordnet, in dem sich zumindest ein Teil der Elektronen frei bewegen kann. Deshalb sind Metalle auch so gute elektrische Leiter – die Elektronen sind nicht so stark an die Atome gebunden. Sie bewegen sich frei und das führt dazu, dass sie sich auch in ihrer Spinrichtung gegenseitig beeinflussen. Das heißt, wenn sie in ein magnetisches Feld geraten, richten sie ihre "Drehachse" entlang des Feldes neu aus. Und wenn alle Elektronen sozusagen in der gleichen Richtung rotieren, entsteht durch die Summe all dieser Minirotationen ein Magnetfeld.

Insofern ist die Bewegung – vor allem von Elektronen – Ursache sowohl für elektrischen Strom als auch für Magnetismus – wenn auch auf sehr unterschiedliche Weise. Das zeigt sich zum Beispiel daran, dass ein elektrisch geladener Körper – also z.B. ein Minus-Pol – isoliert im Raum existieren kann. Dagegen trägt jeder Magnet immer beide Pole gleichzeitig in sich – auf der einen Seite ist ein Nordpol, auf der anderen ein Südpol. Daran ändert sich auch nichts, wenn man einen Magneten in der Mitte teilt: Dann hat man zwei Hälften, von denen jede wiederum einen Nordpol und einen Südpol hat.

Damit hängt ein weiterer Unterschied zusammen: Wenn man elektrische Ladungen trennt, kann man eine Spannung erzeugen und Strom fließen lassen. Mit diesem elektrischen Strom kann man Lampen zum Leuchten bringen und Maschinen antreiben – aber wir kennen nicht in gleicher Weise "magnetischen Strom". Ich habe am Anfang gesagt, Elektrizität und Magnetismus sind Zwillinge, aber sie sind bei allen Ähnlichkeiten ungleiche Zwillinge.

Materialwissenschaft Woraus besteht die Euro-Münze?

Das Auffallendste an den Euro-Münzen ist, dass sie zweifarbig sind. Tatsächlich handelt es sich dabei um zwei unterschiedliche Materialien. Von Gábor Paál | Text und Audio dieses Beitrags stehen unter der Creative-Commons-Lizenz CC BY-NC-ND 4.0.

Chemie Ist Bronze ein Edelmetall?

Nein. Bronze besitzt zwar eine wichtige Edelmetall-Eigenschaft: Sie ist sehr korrosionsbeständig, oxidiert also kaum. Aber als Edelmetalle gelten nur reine Metalle – Bronze dagegen ist eine Legierung. Sie besteht zu mindestens 60 Prozent aus Kupfer. Der Rest sind andere Nicht-Edelmetalle wie Zinn, Aluminium oder Blei. Von Gábor Paál | Text und Audio dieses Beitrags stehen unter der Creative-Commons-Lizenz CC BY-NC-ND 4.0.

Astronomie Woran erkenne ich einen Stein aus dem All?

Meteoriten zeichnen sich meist dadurch aus, dass sie eine schwarze, glänzende Haut haben. Außerdem haben sie meistens einen sehr hohen Metallgehalt, wenn sie nicht sogar 100 Prozent aus Metall bestehen. Von Bruno Martin Deiss

Astronomie Werden die Tage zwischen Sommer und Winter gleichmäßig kürzer?

Nein: Die Tage werden am Anfang langsam kürzer, dann schneller, dann wieder langsamer. Am längsten hell ist es zur Sommersonnenwende – also am 21. Juni. Da vergehen von Sonnenaufgang bis Untergang 16 Stunden und 12 Minuten. Das andere Extrem ist die Wintersonnenwende am 21. Dezember,  da dauert der Tag 8 Stunden und 13 Minuten. Von Gábor Paál | Text und Audio dieses Beitrags stehen unter der Creative-Commons-Lizenz CC BY-NC-ND 4.0.

Physik Wie entstehen Morgenrot und Abendrot?

Die rötliche Färbung des Himmels – egal ob morgens oder abends – entsteht durch die Streuung des Sonnenlichts. Von Gábor Paál | Text und Audio dieses Beitrags stehen unter der Creative-Commons-Lizenz CC BY-NC-ND 4.0.

Stratosphärensprung Wie schnell kann ein Mensch vom Himmel fallen?

Der österreichische Extremsportler Felix Baumgartner erreichte im Oktober 2012 im freien Fall eine Geschwindigkeit von 1341,9 km/h. Von Gábor Paál | Text und Audio dieses Beitrags stehen unter der Creative-Commons-Lizenz CC BY-NC-ND 4.0.

Derzeit gefragt

Holocaust 6 Millionen ermordete Juden – Woher stammt diese Zahl?

6 Millionen Juden haben die Nationalsozialisten ermordet. Rund 4 Millionen Menschen starben in Konzentrations- und Vernichtungslagern, 2 Millionen durch Massaker. Von Gábor Paál | Text und Audio dieses Beitrags stehen unter der Creative-Commons-Lizenz CC BY-NC-ND 4.0. | http://swr.li/holocaust

Zeitgeschichte Gab es Zusagen an Moskau, die NATO nicht nach Osten zu erweitern?

Das wurde vom russischen Präsidenten Putin immer wieder behauptet, ist aber historisch so nicht richtig. Die Behauptung bezieht sich auf die sogenannten Zwei-plus-Vier-Verhandlungen 1990. Bei diesen Gesprächen ging es um die deutsche Wiedervereinigung nach dem Fall der Mauer. Beteiligt waren: Die noch zwei deutschen Staaten Bundesrepublik und DDR sowie die vier Siegermächte, USA, Großbritannien, Frankreich und die Sowjetunion. Angeblich, so lautet die Behauptung, gab es bei diesen Gesprächen eine Zusicherung des Westens, die NATO nicht über Deutschland hinaus auszudehnen. Von Gábor Paál | Text und Audio dieses Beitrags stehen unter der Creative-Commons-Lizenz CC BY-NC-ND 4.0.

SWR2 Impuls SWR2

Gesellschaft Darf man noch "Indianer" sagen?

Ja. Das mag überraschen, denn das Wort stammt aus der Kolonialzeit und ist eine Fremdbezeichnung. Doch das sind nicht die einzigen Kriterien. Von Gábor Paál | http://swr.li/indianer | Text und Audio dieses Beitrags stehen unter der Creative-Commons-Lizenz CC BY-NC-ND 4.0.

Derzeit gefragt

Holocaust 6 Millionen ermordete Juden – Woher stammt diese Zahl?

6 Millionen Juden haben die Nationalsozialisten ermordet. Rund 4 Millionen Menschen starben in Konzentrations- und Vernichtungslagern, 2 Millionen durch Massaker. Von Gábor Paál | Text und Audio dieses Beitrags stehen unter der Creative-Commons-Lizenz CC BY-NC-ND 4.0. | http://swr.li/holocaust

Zeitgeschichte Gab es Zusagen an Moskau, die NATO nicht nach Osten zu erweitern?

Das wurde vom russischen Präsidenten Putin immer wieder behauptet, ist aber historisch so nicht richtig. Die Behauptung bezieht sich auf die sogenannten Zwei-plus-Vier-Verhandlungen 1990. Bei diesen Gesprächen ging es um die deutsche Wiedervereinigung nach dem Fall der Mauer. Beteiligt waren: Die noch zwei deutschen Staaten Bundesrepublik und DDR sowie die vier Siegermächte, USA, Großbritannien, Frankreich und die Sowjetunion. Angeblich, so lautet die Behauptung, gab es bei diesen Gesprächen eine Zusicherung des Westens, die NATO nicht über Deutschland hinaus auszudehnen. Von Gábor Paál | Text und Audio dieses Beitrags stehen unter der Creative-Commons-Lizenz CC BY-NC-ND 4.0.

SWR2 Impuls SWR2

Gesellschaft Darf man noch "Indianer" sagen?

Ja. Das mag überraschen, denn das Wort stammt aus der Kolonialzeit und ist eine Fremdbezeichnung. Doch das sind nicht die einzigen Kriterien. Von Gábor Paál | http://swr.li/indianer | Text und Audio dieses Beitrags stehen unter der Creative-Commons-Lizenz CC BY-NC-ND 4.0.

Erdkern Woher weiß man, wie es im Inneren der Erde aussieht?

Man kann nur bis zu einer bestimmten Tiefe in die Erde hineingucken. Bis zum Mittelpunkt der Erde sind es 6.000 Kilometer. Die weltweit tiefste Bohrung geht aber nur bis in 12 Kilometer Tiefe. Von Gábor Paál | Text und Audio dieses Beitrags stehen unter der Creative-Commons-Lizenz CC BY-NC-ND 4.0.

Hirnforschung Benutzen wir wirklich nur 10 Prozent unseres Gehirns?

Das Gerücht hat der Gründer von Scientology, Ron Hubbard, in die Welt gesetzt. Es wird heute noch von Scientology verbreitet. Von Gábor Paál | Text und Audio dieses Beitrags stehen unter der Creative-Commons-Lizenz CC BY-NC-ND 4.0.

Medizin Stimmt es, dass man Antibiotika nicht mit Milch einnehmen sollte?

Das gilt für manche Antibiotika, aber längst nicht für alle. Manche enthalten Wirkstoffe, die sich mit dem Kalzium in der Milch zu größeren molekularen Klumpen verbinden. Von Gábor Paál | Text und Audio dieses Beitrags stehen unter der Creative-Commons-Lizenz CC BY-NC-ND 4.0.

Identität Wie viele Geschlechter gibt es – und was folgt daraus?

Alles hängt davon ab, wie man Geschlecht definiert. Die Biologie macht Geschlechter an der Rolle in der Fortpflanzung fest. Demnach gibt es zwei Geschlechter. Doch bei aktuellen politischen Fragen hilft das nicht weiter, denn es gibt noch andere Gesichtspunkte.| Von Gábor Paál | Text und Audio dieses Beitrags stehen unter der Creative-Commons-Lizenz CC BY-NC-ND 4.0.

Astronomie Wie lautet der Merkspruch für die Reihenfolge der Planeten?

Früher hieß er "Mein Vater erklärt mir jeden Sonntag unsere neun Planeten." Seit Pluto weggefallen ist kann man sagen: "Mein Vater erklärt mir jeden Samstag unseren Nachthimmel." Von Tilman Spohn

Völkerrecht Hat die Bundesrepublik Deutschland nach 1945 einen Friedensvertrag unterzeichnet?

Am Ende des Zweiten Weltkrieges hat Deutschland zwar kapituliert, aber keinen Friedensvertrag abgeschlossen. Das lag daran, dass es in der Nachkriegszeit zunächst keine deutsche Regierung mehr gab, die einen solchen Vertrag hätte abschließen können. Von Gábor Paál

SWR2 Impuls SWR2

Religion Wie wird man Jude?

Das Judentum ist im Gegensatz zu Christentum und Islam keine missionierende Religion. Es ist nicht darauf aus, dass Nicht-Juden konvertieren. Aber wer will, kann Jude werden. Von Edna Brocke