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Geschichte des Magnetismus: vom Magnetstein zu Neodym

Von rätselhaften Magnetsteinen über den chinesischen Kompass bis zu Faraday, Maxwell und Neodym: eine Reise durch 2500 Jahre Magnetismus.

Magnete begleiten die Menschheit seit mehr als zweieinhalb Jahrtausenden. Zuerst waren sie rätselhafte Steine, die Eisen anzogen. Dann wurden sie zu Wegweisern für Seefahrer, und schließlich zum Schlüssel für Elektromotor, Generator und Funk.

In diesem Überblick reist du von den Magnetsteinen der Antike über den chinesischen Kompass und William Gilberts Buch „De Magnete“ bis zu Oersted, Faraday und Maxwell, die Elektrizität und Magnetismus zusammenführten. Zum Schluss geht es um die modernen Hochleistungsmagnete, die heute in vielen Alltagsgeräten stecken.

Magnetstein und Magnesia: der Anfang

Am Anfang stand ein Mineral: Magnetit. Manche Brocken davon sind von Natur aus magnetisiert. Man nennt sie Magnetsteine, im Englischen „lodestone“, was so viel wie Leitstein bedeutet. Magnetit gehört zu den ganz wenigen Mineralen, die man in der Natur bereits magnetisiert findet.

Wie die Steine ihre Magnetisierung bekommen, war lange rätselhaft. Die heute verbreitetste Erklärung sind die starken Magnetfelder von Blitzeinschlägen, denn das Erdmagnetfeld allein wäre dafür zu schwach. Dazu passt, dass Magnetsteine vor allem nahe der Oberfläche gefunden werden und kaum in großer Tiefe.

Das Wort Magnet geht vermutlich auf Magnesia zurück, eine antike Landschaft, die meist in Kleinasien, der heutigen Türkei, verortet wird. Dort fand man solche Steine. Eine hübsche Legende erzählt vom Hirten Magnes, dessen eisenbeschlagene Ausrüstung am Gestein haften blieb. Ob es ihn wirklich gab, weiß niemand. Belegt ist dagegen, dass der griechische Philosoph Thales von Milet im 6. Jahrhundert v. Chr. zu den Ersten gehörte, die beschrieben, dass Magnetstein Eisen anzieht. Auch in China hielt man diese Beobachtung früh schriftlich fest, etwa in der Chronik Lüshi Chunqiu.

Der chinesische Kompass: vom Wahrsagelöffel zur Navigation

Den Kompass verdanken wir China, allerdings nicht zuerst den Seefahrern. Schon zur Zeit der Han-Dynastie, also ab etwa 206 v. Chr., experimentierten Geomanten mit Magnetstein, um die Zukunft zu deuten und Orte auszurichten. Überliefert ist der „südweisende Löffel“, auch Sinan genannt: ein Löffel aus Magnetstein auf einer glatten Platte, dessen Griff nach Süden zeigte.

Spannend: Ein originaler Löffel aus Magnetit wurde in Gräbern der Han-Zeit bisher nicht gefunden. Was wir wissen, stammt aus Texten und Nachbauten.

Für die Navigation ist der Kompass spätestens 1088 belegt. Der Gelehrte Shen Kuo beschrieb zur Zeit der Song-Dynastie Eisennadeln, die man durch Streichen mit einem Magnetstein magnetisierte. In Westeuropa taucht der Kompass um 1190 zum ersten Mal in Aufzeichnungen auf, in der islamischen Welt im 13. Jahrhundert. Um 1300 kamen Trockenkompasse mit gelagerter Nadel auf. Schon 1269 schilderte der Gelehrte Petrus Peregrinus als einer der Ersten systematische Versuche mit Magnetsteinen und ihren Polen.

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Nachbau eines chinesischen Löffelkompasses aus Magnetstein auf einer quadratischen Bronzeplatte

William Gilbert: Die Erde ist ein Magnet

Einen großen Sprung brachte das Jahr 1600. Der englische Arzt William Gilbert veröffentlichte „De Magnete“, ein lateinisches Werk in sechs Büchern. Der vollständige Titel verrät die Kernthese: Es geht um den Magneten, um magnetische Körper und um den großen Magneten Erde.

Gilbert verließ sich nicht auf überlieferte Autoritäten, sondern auf eigene Versuche. Mit einer Kugel aus Magnetstein, seiner „Terrella“, also kleinen Erde, zeigte er, wie sich eine Kompassnadel an verschiedenen Stellen einer magnetischen Kugel ausrichtet. Daraus schloss er, dass die Erde selbst wie ein riesiger Magnet wirkt. So ließen sich die Missweisung und die Neigung der Kompassnadel erklären, die Seefahrer schon lange beobachtet hatten.

Er trennte klar zwischen Magnetismus und der Anziehung durch geriebenen Bernstein.
Aus dem griechischen Wort für Bernstein bildete er den Begriff „electricus“, die Wurzel unseres Wortes Elektrizität.
Er beschrieb, wie man Kompassnadeln gezielt durch Erhitzen und Abkühlen magnetisiert.
Sein streng experimentelles Vorgehen machte das Buch zu einem Grundstein der neuzeitlichen Naturwissenschaft.

Rund 130 Jahre später, um 1730, band Servington Savery gehärtete Stahlstäbe zu einem Verbundmagneten zusammen. Künstliche Magnete wurden damit ein Werkstoff, den man gezielt herstellen konnte.

Oersted und Ampère: Strom erzeugt Magnetismus

Bis ins 19. Jahrhundert galten Elektrizität und Magnetismus als getrennte Welten. Das änderte sich 1820. Der dänische Physiker Hans Christian Oersted beobachtete am 21. April 1820, dass eine Kompassnadel ausschlägt, wenn in einem Draht daneben Strom fließt. Entgegen einer beliebten Anekdote war das kein reiner Zufall: Oersted suchte schon seit Jahren gezielt nach einer Verbindung. Im Juli 1820 veröffentlichte er seine Ergebnisse.

Die Nachricht verbreitete sich rasend schnell. Noch im selben Jahr untersuchten André-Marie Ampère sowie Jean-Baptiste Biot und Félix Savart die Kräfte zwischen Strömen und Magneten und fassten sie in Formeln. 1825 baute William Sturgeon den ersten Elektromagneten in Hufeisenform: Kupferdraht um einen Eisenkern, der unter Strom schwere Eisenteile heben konnte. Die CGS-Einheit Oersted für die magnetische Feldstärke erinnert bis heute an den dänischen Forscher.

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Faraday und Maxwell: Die Feldtheorie entsteht

Michael Faraday, ein genialer Experimentator fast ohne formale Schulbildung, drehte Oersteds Entdeckung gewissermaßen um. 1821 brachte er einen stromdurchflossenen Draht dazu, um einen Magneten zu kreisen, ein erster Elektromotor. 1831 wickelte er zwei isolierte Spulen um einen Eisenring. Schaltete er den Strom in der einen Spule ein, floss in der anderen kurz ebenfalls Strom. Diese elektromagnetische Induktion ist bis heute das Prinzip jedes Generators und jedes Transformators.

1845 zeigte Faraday, dass ein Magnetfeld Licht beeinflussen kann, heute Faraday-Effekt genannt, und er beschrieb den Diamagnetismus. Vor allem aber dachte er in Kraftlinien und Feldern, lange bevor es dafür eine passende Mathematik gab.

Diese Mathematik lieferte der Schotte James Clerk Maxwell. In Arbeiten zwischen 1861 und 1865 fasste er die Gesetze von Elektrizität und Magnetismus zusammen und berechnete, dass sich elektromagnetische Wellen mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Seine kühne Folgerung: Licht ist eine elektromagnetische Welle. 1873 erschien sein großes Lehrbuch zum Thema. Oliver Heaviside brachte die Gleichungen später in die kompakte Form mit vier Gleichungen, die Studierende heute lernen. 1887 wies Heinrich Hertz elektromagnetische Wellen im Experiment nach und bestätigte Maxwell damit eindrucksvoll.

Historischer Eisenring mit zwei Kupferdrahtspulen in einer Museumsvitrine

Moderne Magnete: von AlNiCo bis Neodym

Parallel zur Theorie wurden auch die Werkstoffe besser. 1931 entdeckte T. Mishima in Japan eine Legierung aus Eisen, Nickel und Aluminium, deren Koerzitivfeldstärke doppelt so hoch war wie die der besten Magnetstähle jener Zeit. Daraus entstanden die AlNiCo-Magnete, die bis in die 1970er Jahre als stärkste Dauermagnete galten.

In den frühen 1960er Jahren begann mit Samarium-Cobalt die Ära der Seltenerdmagnete, auf Grundlage von Arbeiten von Karl Strnat und Alden Ray in den USA. SmCo-Magnete halten hohe Temperaturen gut aus, doch ihre Rohstoffe sind teuer. Deshalb suchte man nach günstigeren Alternativen. Anfang der 1980er Jahre entwickelten General Motors und Sumitomo Special Metals, dort unter anderem der Forscher Masato Sagawa, nahezu gleichzeitig Magnete aus Neodym, Eisen und Bor.

Werkstoff	Seit etwa	Besonderheit
Magnetstein (Magnetit)	Antike	in der Natur bereits magnetisiert
Magnetstahl	18. Jahrhundert	gezielt herstellbar und magnetisierbar
AlNiCo	1930er Jahre	lange der stärkste Dauermagnet
Samarium-Cobalt	1960er Jahre	sehr temperaturbeständig
Neodym (NdFeB)	1980er Jahre	sehr hohe Energiedichte bei moderaten Rohstoffkosten

Neodym-Magnete speichern pro Volumen etwa 18-mal so viel magnetische Energie wie gewöhnliche Ferritmagnete. Deshalb lassen sich Motoren, Lautsprecher und Sensoren heute viel kleiner und leichter bauen. Behandle sie mit Respekt: Starke Magnete können Finger schmerzhaft einklemmen und sind für Kinder gefährlich, wenn sie verschluckt werden.

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Sammlung verschiedener Dauermagnete aus AlNiCo, Ferrit und Neodym nebeneinander auf einem Labortisch

Häufige Fragen

Woher kommt das Wort Magnet?

Vermutlich von Magnesia, einer antiken Landschaft, in der natürlich magnetische Steine gefunden wurden. Die Geschichte vom Hirten Magnes ist dagegen eine Legende.