Magnetismus – was ist das?

Insbesondere für Kinder, aber auch für viele Erwachsene gehören sie zum Faszinierendsten, was die Physik zu bieten hat: Magnete. Das Schöne daran ist, dass sich die dahinter stehende Kraft, der Magnetismus, auch im Alltag an vielen Stellen und Orten beobachten lässt. Doch was ist Magnetismus überhaupt, wie kommt er physikalisch betrachtet zustande und was lässt sich damit alles anfangen? Genau diesem Phänomen wollen wir hier einmal auf den Grund gehen.

Zunächst müssen wir einige Begriffe gegeneinander abgrenzen und etwas konkretisieren: Wenn von Magneten und Magnetismus die Rede ist, verstehen viele Menschen in ihrem Alltag darunter ausschließlich den sogenannten Ferromagnetismus. Dieser begegnet uns an vielen Stellen in unserem Alltag, zum Beispiel an der in unzähligen Haushalten verfügbaren Magnettafel, eine Wandtafel aus Metall bzw. Blech, an der mit kleinen Magneten Notizzettel und andere Alltagsgegenstände befestigt werden können. Wer einen Kühlschrank aus Metall besitzt, kann mit entsprechenden Magneten die Zettel auch einfach an diesem befestigen. Genau hier haben wir es mit dem genannten Ferromagnetismus zu tun. Es handelt sich dabei also um die magnetischen Eigenschaften von Ferrum, besser bekannt als Eisen. Auch in anderen Gegenständen des alltäglichen Gebrauchs können wir den Magnetismus beobachten, zum Beispiel in einem Kompass.

Daraus folgt: Wir verbinden in unserem Alltag insbesondere Gegenstände aus den Werkstoffen Eisen und Stahl mit Magneten bzw. Magnetismus. In der Physik ist jedoch bekannt, dass auch andere Stoffe magnetisch sind, unter anderem beispielsweise Nickel und Kobalt.

Weiterhin haben viele Menschen falsche Vorstellungen über die Magnetisierbarkeit der verschiedenen Stoffe. Es wird landläufig davon ausgegangen, dass einfacher Stahl dauerhaft magnetisierbar sei. Dies ist allerdings nicht richtig. Stahl, zumindest dann wenn er nicht veredelt ist, gilt als magnetisch weicher Werkstoff. Er ist zwar magnetisierbar, verliert diese Eigenschaft allerdings schon nach kurzer Zeit wieder. Es muss also darauf geachtet werden, zum dauerhaften Magnetisierung sogenannte magnetisch harte Stoffe zu verwenden. Nur diese behalten ihren Magnetismus über einen langen Zeitraum bei. Dies ist auch der Grund, warum Kompassnadeln nicht aus einfachem Stahldraht, der ebenfalls magnetisch weich ist, gefertigt werden können.

Ob ein Gegenstand magnetisch ist, kann ganz leicht mithilfe eines Dauermagneten überprüft werden. Kommt der Dauermagnet in die Nähe des Gegenstandes, lässt sich an diesem eine magnetische Kraft spüren, sofern der Gegenstand magnetisch ist. Der Gegenstand wird also angezogen. Allerdings kann hierdurch nicht geprüft werden, ob es sich um einen dauerhaft magnetischeren Gegenstand handelt. Um dies festzustellen, muss die Gegenprobe gemacht werden. In die Nähe des Gegenstandes wird ein Teil aus magnetisiertem Material, zum Beispiel aus Eisen oder Stahl, gebracht. Wird dieser Testgegenstand angezogen, so handelt es sich um einen dauerhaft magnetisierten Gegenstand.

In unserem Alltag ist Magnetismus teilweise erwünscht, teilweise aber auch unerwünscht. So werden beispielsweise Werkzeuge absichtlich magnetisiert, um den Umgang mit ihnen zu erleichtern. Das beste Beispiel hierfür sind Schraubendreher, deren Spitze magnetisiert ist, so dass sie die betreffende Schraube von selbst festhalten. Wer schon einmal mit einem solchen Schraubendreher gearbeitet hat, wird die magnetische Spitze ganz sicher zu schätzen wissen.

Die Geschichte des Magnetismus

Bevor wir in die technischen Feinheiten des Magnetismus einsteigen, sollten Sie zunächst wissen, seit wann der Magnetismus überhaupt dem Menschen bekannt ist, und seit wann er somit auch für dessen Zwecke eingesetzt werden kann. Einer der ältesten Gegenstände, der gezielt mit Magnetismus arbeitet, ist der Kompass. Das dahinter stehende Prinzip wurde allerdings bereits genutzt, bevor die Menschen um die genauen Hintergründe wussten. Bereits lange vor der Geburt Christi benutzten fortschrittliche Völker sogenannte Magneteisensteine, um die jeweilige Himmelsrichtung zu bestimmen.

Es war schließlich der römische Dichter Lukrez, der diese Steine nach einer Landschaft in Griechenland benannte und ihnen somit den charakteristischen Namen Magnesia gab. Daraus entwickelte sich schließlich die bis heute bekannten Begriffe Magnet und Magnetismus.

Im Mittelalter wurden die Eigenschaften des Magnetismus dann erstmal dazu genutzt, spezielle metallische Nadeln zu magnetisieren und sie in einem Kompass, wie wir ihn bis heute kennen, einzusetzen. Es war insbesondere der englische Naturforscher Alexander Neckam, der auf diesem Gebiet forschte und entsprechende Aufzeichnungen anlegte.

Allerdings blieb der Magnetismus bis weit ins 18. Jahrhundert in seinen grundsätzlichen Ursachen noch unerforscht. Die Kenntnis über Kraftlinien von Magneten und andere Grundlagen des Magnetismus wurden erst vor relativ kurzer Zeit entdeckt und dokumentiert. Dies gilt auch für den Zusammenhang von elektrischem Strom und Magnetismus, der im Jahr 1820 von Hans-Christian Orsted entdeckt wurde. Seine Arbeit gilt heute als Basis für die moderne Elektrotechnik.

Magnetismus als physikalisches Phänomen

In der Physik stellt der Magnetismus ein Phänomen dar, das sich als Kraft zwischen magnetisierten Gegenständen äußert. Auch in Gegenständen mit bewegten elektrischen Ladungen zeigt sich der Magnetismus, zum Beispiel bei mit Strom durchflossenen Leitern. Die Umgebung, in der die genannte Kraft stattfindet, nennt sich Magnetfeld. Es ist also das Kraftfeld, welches von einem magnetisierten Objekt erzeugt wird. Magnetfelder können dabei gegenseitig wirken, ein Objekt kann also ein Magnetfeld selbst erzeugen und dabei auch durch ein anderes Magnetfeld beeinflusst werden.

Um die Kraftwirkungen der Magnetfelder zu dokumentieren, benutzt man sogenannte Feldlinien. Sie zeigen den Kraftverlauf im Magnetfeld an. Dabei steht der Abstand zwischen den magnetischen Feldlinien für die Stärke des Feldes. Je dichter die Feldlinien beisammen sind, desto stärker fällt das Magnetfeld aus. Alle magnetischen Feldlinien verlaufen in Form von geschlossenen Bahnen, es gibt also keinen Anfang und kein Ende einer solchen Feldlinie. Um die Feldlinien sichtbar zu machen, verwenden wir entweder eine Kompassnadel oder alternativ Eisenspäne.

Die Erde, der Mensch und der Magnetismus

Magnetismus spielt auf unserer Erde eine große Rolle. Sofern keine andere Kraft wirkt, würde sich ein magnetischer Gegenstand immer mit einem seiner Enden in Richtung Norden ausrichten, während das andere Ende somit in Richtung des Südpols zeigt. Genau aus diesem Grund spricht man auch von Nord- und Südpol. Dabei wird in der Wissenschaft davon ausgegangen, dass die Feldlinien eines Magneten am Nordpol austreten und am Südpol wieder in ihn eintreten.

Da wir Menschen einen bedeutenden Teil des Planeten Erde darstellen, wirken auch in unserem Körper ständig Magnetfelder. Diese resultieren aus der Aktivität unserer Nerven, die aus elektrischem Strom besteht. Dieser Strom wiederum produziert sehr schwache Magnetfelder, die jedoch mit empfindlichen Messgeräten dokumentiert werden können. Somit können im Umkehrschluss Magnete einen Einfluss auf das menschliche Nervensystem haben, wie bereits in vielen Versuchen wissenschaftlich dokumentiert werden konnte. Daher nutzt man insbesondere in der Medizin die Kraft des Magnetismus für verschiedene Zwecke, zum Beispiel zum Stimulieren von Muskeln oder Nerven.