Permanentmagnetismus

Elektrizitätslehre

Permanentmagnetismus

  • Warum zeigen Kompasse immer nach Norden?
  • Wie stellt man Magnete her?
  • Was versteht man unter einem Magnetfeld?
  • Welche Stoffe sind magnetisch?
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Kompass

Geschichte des Kompass

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Der Ursprunge des Kompass ist nicht eindeutig festgelegt, sehr wahrscheinlich stammt er aus China:
In China soll - nach Simonyi1 - für das Auffinden einer günstigen Position einer Grabstätte das folgende Verfahren verbreitet gewesen sein: Der ausbalancierte Löffel (nebenstehendes Bild) wurde auf einer mit verschiedenen Bildern und magischen Zeichen versehenen Tafel in Umdrehung versetzt. Nach Stillstand des Löffels hat man anhand einer "wissenschaftlichen Auswertung" der vom Löffelstiel überdeckten Schriftzeichen und Bilder über die Lage der Grabstelle befunden. Die magischen Zwecken dienenden Löffel wurden aus möglichst wertvollen und seltenen Materialien, so z.B. aus Jade gefertigt, man hat aber auch Magnetit verwendet (ein Material mit magnetischen Eigenschaften). Es ist schließlich bemerkt worden, dass die aus Magnetit bestehenden Löffel immer in N-S-Richtung stehen blieben.

1 nach Simonyi: Kulturgeschichte der Physik, Verlag Harri Deutsch

 

Ein früher Kompass aus Magnetstein für die Seefahrt ist wahrscheinlich während der Qin-Dynastie (221 - 206 v. Chr.) entwickelt worden. Man glaubt, dass im Jahr 101 v. Chr. die Ostküste Indiens von chinesischen Seefahrern mit Hilfe des Kompasses gefunden wurde. Im Mittelalter entdeckten die Chinesen schließlich, dass man mit Magnetstein dünne Eisennadeln magnetisieren kann. Diese Nadeln können auf Schilfröhrchen im Wasser schwimmen und sich in N-S-Richtung einstellen. Auch die Spitzenlagerung oder die Aufhängung an einem Seidenfaden war bekannt.

Durch die Araber kam die Kenntnis vom Kompass am Ende des 12. Jahrhunderts nach Europa. Die uns bekannte Ausführung mit der sogenannten Windrose geht auf italienische Seefahrer aus Amalfi zurück (13. Jahrhundert). Flavio Gioia wird in Amalfi als "Erfinder des Kompasses" mit einem Denkmal am Hafen geehrt.

Die Windrose war auf die obere Seite des Kompasses gemalt. Die Lagerung der horizontal liegenden Magnetnadel bestand aus einer kleinen Messingkappe mit einem konischen Loch, das auf einer vertikal gerichteten Nadelspitze ruhte. Windrose und Magnetnadel mit Lagerung befanden sich im sogenannten Kompasshaus.

 

 

Ab 1537 baute man den Schiffskompass mit kardanischer Aufhängung, die dafür sorgte, dass der magnetische Kompass trotz der Schiffsbewegung stabil gelagert war.

 

 

Der Kompass als Navigationshilfe bedeutete für die Seeschifffahrt einen gewaltigen Fortschritt und trug wesentlich dazu bei, dass im ausgehenden Mittelalter immer mehr weiße Flecken auf dem Globus verschwanden.

Erst in späteren Zeiten benutzte man die sogenannten Kreiselkompasse, welche unabhängig vom magnetischen Erdfeld die N-S-Richtung anzeigten. Heute wird vorwiegend mit dem GPS (Global Positioning System) gearbeitet.

Umgang mit dem Kompass

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Bezeichnungen am Kompass

Der Winkel zwischen der Verbindungslinie zweier Geländepunkte und der Nordrichtung heißt Richtungszahl.

Problemstellung:

  • Sie kennen den eigenen Standort A auf der Landkarte.
  • Sie wissen, wo ihr Zielpunkt B auf der Landkarte ist.
  • Sie wollen mit Hilfe von Karte und Kompass die Marschrichtung von A nach B im Gelände festlegen.

Festlegen der Richtungszahl mit Hilfe der Landkarte
(Hierbei wird der Kompass nur als Winkelmesser benutzt, die Magnetnadel spielt noch keine Rolle)

  • Legen Sie die Anlegekante des Kompasses an die Verbindungslinie von A nach B an.
  • Drehen Sie die Windrose so lange, bis deren Nordmarkierung in die Richtung des oberen Kartenrandes zeigt (an der Karte ist Norden immer oben). Die Ost-West-Richtung ist dann parallel zu den Ortsangaben auf der Landkarte.
  • Lesen Sie nun am Kompass die Richtungszahl ab.

Festlegung der Marschrichtung von A nach B im Gelände (Peilvorgang)
(Erst jetzt wird auch die Magnetnadel des Kompasses benützt)

  • Stellen Sie die Richtungszahl am Kompass ein, die Sie mit Hilfe der Landkarte bestimmt haben (siehe oben).
  • Drehen Sie den gesamten Kompass (nicht die Windrose) so lange, bis die Spitze der Magnetnadel mit der Nordmarkierung der Windrose zusammenfällt.
  • In Richtung der Visierlinie liegt dann der Zielpunkt im Gelände.


Für Spezialisten gibt es unter der Adresse http://www.gs-enduro.de/html/navigation/kompass.htm eine sehr gute Seite von Michael Panitzki.

Orientierung der Tiere

Die Zugvögel legen zum Überwintern oft Tausende von Flugkilometern zurück und landen dann jedes Jahr wieder fast punktgenau im Zielgebiet. Schon lange beschäftigen sich Wissenschaftler mit der Frage, wie den Tieren eine solch präzise Orientierung möglich ist.

Der folgende Versuch zeigt, dass für die Orientierung der Vögel das Magnetfeld der Erde eine wichtige Rolle spielt:

Man registrierte die Abflugrichtung von Brieftauben von einem Ort der weit von ihrem Heimatort (Taubenschlag) entfernt war. Die überwiegende Mehrheit der Tauben flog zielsicher in Richtung ihres Taubenschlags ab.

Legte man den Tauben dagegen eine kleine stromdurchflossene Spule um den Kopf, welche die Vertikalkomponente des Magnetfeldes veränderte, so starteten die Brieftauben in stark veränderter Richtung.

Man glaubt heute zu wissen, dass die Vögel einen "Magnetsinn" besitzen, mit dessen Hilfe sie sich am magnetischen Erdfeld orientieren können. Man vermutet, dass hierfür ein Lichtrezeptor in den Nervenzellen der Augen verantwortlich ist: das Cryptochrom. Es soll magnetische Informationen für den Vogel in visuelle Wahrnehmung umsetzen. Da das Cryptochrom sehr sensibel reagiert, könnte der Vogel damit das Magnetfeld der Erde sehen und sich daran orientieren.

Wer an einer leicht lesbaren Darstellung über den Vogelzug interessiert ist, informiere sich über die Sendung: "Geheimnis der Zugvögel" von Quarks & Co des WDR.

Neben den Vögeln gibt es noch eine Reihe anderer Lebewesen (z.B. Magnetbakterien, Termiten, Wale*) die sich am magnetischen Erdfeld orientieren.

* Forscher haben jüngst herausgefunden, dass einige der Gebiete, in denen es gehäuft zu Walstrandungen kommt, sich darin gleichen, dass dort die Linien des Erdmagnetfeldes direkt auf die Küste zulaufen. Da Wale sich vermutlich anhand des Magnetfeldes orientieren, kann es sein, dass diese Linien sie direkt ins Verderben führen. Das Magnetfeld verändert sich langsam aber ständig, so dass ehemals sichere Wanderrouten nun im sicheren Tod enden können.
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