 |
Experimentieren, wow, das ist klasse. Ich mache nichts
lieber, als herauszufinden wie etwas funktioniert,
indem ich es einfach ausprobiere. Und das ist nicht
nur bei magnetischen Kräften eine echt coole
Sache!
Viel Spaß bei den nachfolgenden Infos wünscht
euch euer David.
|
Abenteuer Wissenschaft
Magnetator.de:
Was ist MAGNETISMUS ?
Prof.
Lührs :
Ohne Hilfsmittel wissen wir nichts vom Magnetismus, denn
die menschlichen Sinne können Magnetismus nicht wahrnehmen.
Ein solches Hilfsmittel fanden die Griechen und die Chinesen
in der Natur. Sie entdeckten Steine, die Eisenteilchen anziehen
konnten, von den Steinen ging also eine Kraft aus. Soweit
wir wissen, beschrieb Thales von Milet (624 - 546 v.Chr.),
der in der Nähe des Ortes Magnesia wohnte, wo man solche
Steine fand, die Anziehungskraft des Magnetsteins. Sicher
ist, dass die Wirkung des Magnetismus damals auch in China
bekannt war.
Wenn man den Stein genauer untersucht, stellt man fest,
dass er nicht überall auf der Oberfläche magnetisch
ist, die Eisenteilchen sammeln sich an einigen Stellen,
die man Pole nennt. Der Magnetstein besteht zum großen
Teil aus gewöhnlichem Stein mit eingelagerten Magneteisenteilchen.
Hängt man einen Magnetstein an einem Faden auf, nimmt
er eine bestimmte Richtung ein. Mit einem weiteren Magnetstein
kann man den aufgehängten Magnetstein ablenken. Entfernt
man die beiden Steine voneinander, nimmt der Aufgehängte
die ursprüngliche Stellung wieder ein.
Welche Kraft zwingt den Stein in eine bestimmte Richtung
?
Genauer läßt sich das mit einer Kompaßnadel
untersuchen. Sie besteht aus gehärtetem Eisen, das
durch Schmelzen und Hämmern aus Eisenerz gewonnen wird.
Sie selbst ist ein kleiner Magnet, dessen Pole man ebenfalls
die Bezeichnung Nord - und Südpol gab. Weil sie leicht
ist, reagiert sie schnell auf magnetische Kräfte. Ist
kein Magnet in der Nähe, zeigt sie in Nord-Süd-Richtung.
Deshalb läßt sich ein Kompaß zur Orientierung
beim Wandern oder in der Schiffahrt nutzen.
Die Vermutung, dass die Erde als Ganzes ein Magnet sei,
wie es sich der Leibarzt der englischen Königin Elisabeth
I, William Gilbert, vorstellte, wird durch das Verhalten
der Kompaßnadel bestätigt. Dennoch bleibt der
Magnetismus eine geheimnisvolle Kraft.
Magnetator.de:
Was sind magnetische Feldlinien ?
Prof. Lührs :
Überall auf der Erde wird die Kompaßnadel in
die Richtung des Magnetfeldes gezwungen. Genauere Untersuchungen
zeigen, dass die magnetischen Pole in der Nähe der
Geografischen liegen; der magnetische Südpol in der
Nähe des geografischen Nordpols und umgekehrt. Die
Kompaßnadel zeigt immer, ganz gleich wo man sich aufhält,
in eine Richtung, die zwischen den magnetischen Polen verläuft.
Es gibt gewissermaßen unsichtbare Verbindungslinien
von Pol zu Pol, die man Feldlinien nennt.
Man kann Feldlinien direkt sichtbar machen. Dazu entfernt
man die Nadel aus dem Kompaß, legt sie unter weißen
Karton und streut feines Eisenpulver darüber. Es entsteht
ein zartes Muster gekrümmter Linien, die als Verbindung
zwischen den Polen erscheint.
Möchte man einen kräftigere Darstellung des Linienmusters
erreichen, nimmt man einen größeren Stabmagneten,
der ebenso wie die Komßnadel aus gehärtetem Eisen
besteht und erhält wegen der größeren Kraft
und Reichweite ein deutlicheres Abbild der Feldlinien.
Magnetator.de:
Was ist die Magnetosphäre ?
Prof. Lührs :
Die Kompaßnadel zeigt nicht immer exakt in Nord-Süd-Richtung.
Das hängt vom Ort auf der Erdoberfläche ab. So
verursachen die Eisenvorkommen unter der Erde eine Abweichung
der Feldlinienrichtung.
Im Groben aber bleiben die Feldlinien auch in größeren
Höhen erhalten. Mit Flugzeugen und Ballonflügen
wurden keine auffälligen Verzerrungen festgestellt.
Genauere Kenntnisse gewann der Amerikaner James van Allen
(geb. 1914) als er mit Hilfe der vom deutschen Forscher
Wernher von Braun (1912- 1977) entwickelten Raketen in Höhen
von über 100 Kilometer vordrang. Ergänzt um die
Messungen, die die Satelliten Explorer I und Explorer II
im Jahre 1958 durchführten, ergab sich eine ausgeprägte
Tropfenform des Erdmagnetfeldes.
Man erklärte die Verformung mit dem "Sonnenwind", einem
Strom elektrisch geladener Teilchen, der mit etwa 400 km/s
von der Sonne kommend auf die Erde niederprasselt. Inzwischen
weiß man, dass das Magnetfeld der Erde ein hochkompliziertes
und dynamisches Gebilde ist.
Magnetator.de:
Wie ensteht ein Polarlicht ?
Prof. Lührs :
Polarlichterscheinungen wurden zuerst von dem Schweizer
Konrad Gessner (1515 - 1565) beschrieben. Im 16. Jahrhundert
waren Polarlichter sehr häufig, während nach 1621
achtzig Jahre keine Polarlichter beobachtet wurden. Dieses
seltsame zeitliche Auftreten machte es auch schwierig, Ursache
und Erscheinung dieses Himmelsphänomens zu erklären.
Am 17.03.1718 erschien am Himmel über den britischen
Inseln eine großartige Polarerscheinung. Der Engländer
Edmond Halley (1656 - 1742) vermutete einen Zusammenhang
zwischen den himmlischen Phänomenen und dem Erdmagnetismus.
Tatsächlich beobachteten die Schweden Olaf Peter Hiorter
(1696- 1750) und Anders Celsius (1701 - 1744) während
eines Polarlichtes ein deutliches Zittern von Kompaßnadeln.
Heute geht man davon aus, dass von der Sonne kommende elektrisch
geladene Partikel vom Magnetfeld der Erde in Höhen
von 80 - 1000 Kilometern eingefangen werden und mit hoher
Geschwindigkeit auf die Gasmoleküle der verdünnten
Luft treffen. Durch den Zusammenprall werden die Gase angeregt
und zum Leuchten gebracht. Diesen Vorgang nennt man Ionisation
diese spielt auch in der Lichttechnik eine große Rolle.
Röhren, mit bestimmten Gasen unter niedrigem Druck
gefüllt, nutzt man z.B. für Leuchtreklamen und
für die neuen Xenon-Auto- lampen.
Magnetator.de:
Was ist ein Magnetar ?
Prof. Lührs :
Auch Sterne existieren nicht ewig. Durch die Strahlung
geben sie ständig Energie ab; irgendwann ist diese
Energie verbraucht. Die riesige Masse der Sterne fällt
bei diesem Energiekollaps zusammen und setzt dabei letzte,
gewaltige Energiemengen frei. Die verbleibende hochverdichtete
Masse nennt man Neutronenstern.
Es gibt einen ganzen "Zoo" von Neutronensterntypen, weil
die Untergangsprozesse unterschiedlich sind. Bekannt sind
die Pulsare, die ihre letzte Energie periodisch in Form
von Radiowellen abgeben, die von großen Antennenanlagen
empfangen werden können.
1986 wurde erstmals die von einem Neutronenstern ausgehende
Röntgenstrahlung gemessen. Die Erzeugung von Röntgenstrahlung
bedarf stets sehr hoher Energien. Die Strahlung wurde in
Stößen abgegeben, die nur wenige Sekunden dauerte.
Dabei wird in einer Sekunde mehr Energie abgegeben, als
unsere Sonne in einem ganzen Jahr abstrahlt.
Woher stammen diese hohen Energiemengen ?
Im Jahre 1992 entwickelten die Astrophysiker Robert Duncan
und Christopher Thompson die Vorstellung, dass die erforderliche
Energie nur von einem äußerst starken Magnetfeld
an der Quelle stammen könnte. Sie gaben diesem Sternentyp
den Namen Magnetar.
Einem Forscherteam unter der Leitung von Chryssa Kouveliotou
gelang am 20.05.1998 bei der Beobachtung eines Magnetars
mit Hilfe von Satelliten und Raumfahrzeugen die Bestätigung
der Existenz eines starken Magnetfeldes am Entstehungsort.
Seither gelten die Thesen von Duncan und Thompson als erwiesen.
Nach heutiger Vorstellung sind Magnetare Neutronensterne
mit überaus fester Kruste, die gelegentlich unter der
Kraft des eigenen Magnetfeldes brechen kann. Dabei werden
energiereiche Röntgenstrahlen in kurzen Blitzen abgestrahlt.
Ein Vergleich zeigt die ungewöhnliche Stärke
des Magnetfeldes eines Magnetars, gemessen in Gauß
:
| Erdmagnetfeld : |
0,6 Gauß |
| Haftmagnet am Kühlschrank : |
100 Gauß |
| Stärkstes künstliches Magnetfeld : |
40.000 Gauß |
| Magnetfeld eines Magnetars: |
1.000.000.000.000.000 Gauß |
