Permanentmagnetismus

Aufgabe

Gleich aussehende Metallstücke

Schwierigkeitsgrad: schwere Aufgabe

Es werden dir drei gleich aussehende Metallstücke gegeben. Die Stücke sind alle gleich lackiert und unterscheiden sich vom Gewicht her kaum. Dazu bekommst du folgende Informationen:

Ein Stück ist aus Kupfer
Ein Stück ist aus unmagnetisiertem Stahl
Ein Stück ist aus magnetisiertem Stahl

Es stehen dir keine weiteren Hilfsmittel zur Verfügung.

Beschreibe eine Vorgehensweise, mit der du die drei Stücke identifizieren kannst.

Lösung

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Vorlesen

Zur Vereinfachung der Lösung nehmen wir an, dass die Eigenschaften der drei Stäbe schon bekannt seien:

Stab 1 sei der Kupferstab
Stab 2 sei aus unmagnetisiertem Eisen
Stab 3 sei aus magnetisiertem Eisen, also ein Dauermagnet

Abb. 2 Bewegung des Kupferstabes über die beiden anderen Stäbe

1. Gedankenexperiment

Stab 1 (Kupferstab) wird über die beiden auf einem Tisch liegenden, verbleibenden Stäbe geführt (vgl. Animation in Abb. 2). Mit der Hand kann man "erfühlen", ob eine Kraftwirkung zwischen dem bewegten Stab und den am Tisch liegenden Stäben auftritt.

Beobachtung: Es tritt während des ganzen Bewegungsvorgangs keine Kraft zwischen dem Kupferstab und den ruhenden Stäben auf.

Abb. 3 Bewegung des Eisenstabes über die beiden anderen Stäbe

2. Gedankenexperiment

Stab 2 (unmagnetisierter Eisenstab) wird über die beiden auf einem Tisch liegenden, verbleibenden Stäbe geführt (vgl. Bild). Mit der Hand kann man "erfühlen", ob eine Kraftwirkung zwischen dem bewegten Stab und den am Tisch liegenden Stäben auftritt.

Beobachtung: Zwischen Stab 1 und Stab 2 tritt keine Kraft auf. Zwischen Stab 1 und Stab 3 tritt eine Kraft auf, die an den Polen des Magneten am größten ist, in der Mitte des Magneten ("neutrale Zone") jedoch Null ist.

Abb. 4 Bewegung des Permanentmagneten über die beiden anderen Stäbe

3. Gedankenexperiment

Stab 3 (Dauermagnet) wird über die beiden auf einem Tisch liegenden, verbleibenden Stäbe geführt (vgl. Bild). Mit der Hand kann man "erfühlen", ob eine Kraftwirkung zwischen dem bewegten Stab und den am Tisch liegenden Stäben auftritt.

Beobachtung: Zwischen Stab 1 und Stab 3 tritt keine Kraft auf. Zwischen Stab 2 und Stab 3 tritt eine Kraft auf, die über die ganze Länge von Stab 2 konstanten Betrag hat.

Ergebnis

Derjenige Stab, der bei der Bewegung keinerlei Kraft erfährt, ist der Kupferstab.
Derjenige Stab, der bei der Bewegung über einen Stab keine Kraft erfährt, bei Bewegung über den zweiten Stab jedoch eine Kraft erfährt, die nicht konstant ist und bei Überquerung der Mitte des liegenden Stabs sogar Null wird, ist der unmagnetisierte Eisenstab.
Derjenige Stab, der bei der Bewegung über einen Stab keine Kraft erfährt, bei Bewegung über den zweiten Stab jedoch eine konstante Kraft erfährt, ist der Dauermagnet.

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