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===Arbeitsauftrag===
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*Messen Sie die Nordpol- und die Südpolladung der Stabmagnete.
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*Messen Sie die magnetische Polarisation der Stabmagnete.
  
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;Material
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:Stabmagnete, Netzgerät, Kabel, Spule mit 500 Windungen, Waage, Stativmaterial
  
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==Aufgaben zum "Sehen"==
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;Theoretischer Hintergrund
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===Mit den Ohren sehen===
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:a) Die Feldstärke wurde ursprünglich als [[Die_Feldstärke_als_gerichteter_Ortsfaktor|Ortsfaktor]] festgelegt: <math>H=\frac{F}{Q_m}</math>
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Blinde können mit dem sogenannten "Klick-Sonar" sich orientieren.
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:Die Kraft auf einen Probepol kann man leicht messen, aber wie soll man die magnetische Ladung des Pols messen? Man kann die Gleichung nach der Ladung auflösen und das als Festlegung der magnetischen Ladung interpretieren:
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*Erläutere, wie das funktioniert.
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::<math>Q_m=\frac{F}{H}</math>
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Mit den Augen sehen wir ganz ähnlich.
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:b) Die [[Die_magnetische_Feldstärke|Feldstärke]] wurde dann mit Hilfe einer Spule festgelegt, was auch praktikabel ist: <math>H=\frac{n\, I}{l}</math>
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*Vergleiche das "Sehen" mit den Ohren und das mit den Augen.
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:Befindet sich nun ein Magnetpol innerhalb einer Spule und man misst die Kraft auf den Pol, so kann man die magnetische Ladung des Pols bestimmen:
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::<math>Q_m=\frac{F}{H} = F\, \frac{l}{n\, I}</math>
  
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===Ein Stift===
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Du schreibst mit einem schwarzen Stift auf einem weißen Papier und kannst die Schrift lesen.
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*Warum ist das Papier hell und die Schrift dunkel?
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:c) Die magnetische Polarisation innerhalb des Magneten hängt direkt mit der magnetischen Ladung der Pole und der Feldstärke zusammen. Die [[Die_Maxwellschen_Gleichungen#Quellen_und_Senken_des_magnetischen_Feldes|Maxwellsche Gleichung der Magnetostatik]] lautet:
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::<math>\textrm{}\quad \mu_0\, \bar H \, A = Q_m = - \bar J \, A </math>
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===Im Theater===
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:Man kann die magnetische Polarisation mit der rechten Seite der Gleichung bestimmen, indem man auflöst:
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<gallery widths=300px heights=190px  perrow=2>
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::<math>-J =\frac{Q_m}{A}</math>
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Bild:Theaterscene 4Männer.jpg|Bild1: Vier Männer auf der Bühne.
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:Dabei ist die Fläche A die Stirnfläche des Stabmagneten. Die magnetische Polarisation entspricht also der Flächenladungsdichte der Pole.  
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Bild:Theaterscene_asiatisch.jpg|Bild2: Ein asiatisches Theaterstück.
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</gallery>
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[[Datei:Elektret Polarisierungslinien Polarisierungsladungen Feldlinien Gauß.png|thumb|314px|]]
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Erkläre, warum wir auf den Fotos das sehen, was wir sehen:
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;Bild1
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A: Die Haare der beiden Männer sind nicht zu sehen, die Gesichter dagegen schon.
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B: Der Anzug dieses Herrn ist deutlich sichtbar, die Anzüge der beiden linken Männer sind nicht zu sehen.
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;Bild2
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A: Hier ist es auffällig dunkel.
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B: Der Prinz trägt einen Mantel, der von oben bis unten aus dem gleichen Stoff gemacht ist. Trotzdem ist er an unterschiedlichen Stellen ganz unterschiedlich hell.
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[[Datei:Toepfe_Edelstahl.jpg|thumb|300px]]
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===Töpfe===
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Auf dem nebenstehenden Bild sieht man Töpfe aus Edelstahl. Manche Stellen des Bildes sind hell, manche dunkel. Erkläre das für die Stellen A bis C.
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:A: Rechts des Griffes sieht man eine dunkle Linie.
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:B/C: Der gesamte rechte Deckel ist dunkler als der linke.
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===Die Lochkamera===
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Auf der Mattscheibe einer Lochkamera kann man ein Bild sehen, das auf dem Kopf steht.
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*Zeichne den Aufbau der Lochkamera und erkläre, wie das Bild entsteht.
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*Wie verändert sich das Bild, wenn man den Abstand zwischen Schirm und Loch vergrößert? Erkläre dies anhand einer Zeichnung und einem Text.
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*Wie verändert sich das Bild, wenn man die Lochblende verkleinert? Erkläre auch dies mit Text und Bild.
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[[Datei:Auge_Evolution.png|right]]
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;Aufbau
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[[Datei:Nocube.png|thumb|250px]]
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[[Datei:Versuchsaufbau Magnetische Ladung von oben.jpg|thumb|350px|Eine Haushaltswaage dient als Kraftmesser.]]
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===Augen===
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*Das Netzgerät bildet mit der Spule und dem Ampèremeter einen geschlossenen Stromkreis.
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Die Abbildung zeigt vier verschiedene Augentypen.
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:Das Ampèremeter wird zur Stromstärkemessung auf "10A" gestellt, und die entsprechende Buchse für das Kabel gewählt.
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*Welche Tiere haben solche Augen?
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*Die Spule wird auf die Waage gestellt und der Stabmagnet mit Hilfe der Klemmen so positioniert, dass der Nord- oder Südpol innerhalb der Spule ist, der jeweils andere Pol möglichst weit weg von der Spule.
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*Wie heißen die verschiedenen Augentypen?
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:Bei kurzen Stabmagneten kann man das Messergebnis verbessern, wenn man zwei Stabmagnete zu einem langen Magnet verbindet.
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Je komplexer das Auge, desto besser kann man damit sehen. In der Evolution hat sich deshalb das Auge von Typ a) bis zu Typ d) weiterentwickelt.
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<br style="clear: both" />
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*Erläutere für jede Entwicklungsstufe den gewonnenen Vorteil.
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===Der Sehvorgang===
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;Beobachtungen
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Wenn ich aus dem Fenster schaue, dann sehe ich dort einen Kirschbaum.
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Spule
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*Man kann diesen Vorgang mit dem Prinzip von "Sender und Empfänger" erklären. Was ist damit gemeint?
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*Erkläre die einzelnen Phasen dieses Wahrnehmungsvorganges.
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    Windungsanzahl: 
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Länge in cm und m:
  
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===Wahrnehmung===
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Kleiner Stabmagnet
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Dieses Bild zeigt...?
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Abmessungen der Stirnfläche:
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Stirnfläche in cm^2 und m^2:
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          Stromstärke in A | "Masse" in g | Kraft in N
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Nordpol:                  |              |     
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  Südpol:                  |              |   
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Eigentlich nur ein paar schwarze Flecken. Nein, es sind schwarze Kreise mit Aussparungen. Aber nein, es ist ein Würfel!
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*Was kann man aus diesem Bild über das menschliche Sehen lernen?
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;Alternativer Aufbau
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[[Datei:Versuchsaufbau_Messung_magnetische_Ladung.jpg|thumb|200px]]
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Man kann die Kraft auch mit einem Federkraftmesser bestimmen. Das ist aber schwieriger als mit einer Waage, weil der Magnet entweder in die Spule hineingezogen oder abgestoßen wird und dabei seine Lage ändert. Andererseits sieht man dabei gut die anziehende oder abstoßende Wirkung.

Aktuelle Version vom 4. Mai 2026, 11:33 Uhr

Praktikum: Messen der magnetischen Ladung

Arbeitsauftrag

  • Messen Sie die Nordpol- und die Südpolladung der Stabmagnete.
  • Messen Sie die magnetische Polarisation der Stabmagnete.
Material
Stabmagnete, Netzgerät, Kabel, Spule mit 500 Windungen, Waage, Stativmaterial
Theoretischer Hintergrund
a) Die Feldstärke wurde ursprünglich als Ortsfaktor festgelegt: [math]H=\frac{F}{Q_m}[/math]
Die Kraft auf einen Probepol kann man leicht messen, aber wie soll man die magnetische Ladung des Pols messen? Man kann die Gleichung nach der Ladung auflösen und das als Festlegung der magnetischen Ladung interpretieren:
[math]Q_m=\frac{F}{H}[/math]
b) Die Feldstärke wurde dann mit Hilfe einer Spule festgelegt, was auch praktikabel ist: [math]H=\frac{n\, I}{l}[/math]
Befindet sich nun ein Magnetpol innerhalb einer Spule und man misst die Kraft auf den Pol, so kann man die magnetische Ladung des Pols bestimmen:
[math]Q_m=\frac{F}{H} = F\, \frac{l}{n\, I}[/math]
c) Die magnetische Polarisation innerhalb des Magneten hängt direkt mit der magnetischen Ladung der Pole und der Feldstärke zusammen. Die Maxwellsche Gleichung der Magnetostatik lautet:
[math]\textrm{}\quad \mu_0\, \bar H \, A = Q_m = - \bar J \, A [/math]
Man kann die magnetische Polarisation mit der rechten Seite der Gleichung bestimmen, indem man auflöst:
[math]-J =\frac{Q_m}{A}[/math]
Dabei ist die Fläche A die Stirnfläche des Stabmagneten. Die magnetische Polarisation entspricht also der Flächenladungsdichte der Pole.
Elektret Polarisierungslinien Polarisierungsladungen Feldlinien Gauß.png
Aufbau
Eine Haushaltswaage dient als Kraftmesser.
  • Das Netzgerät bildet mit der Spule und dem Ampèremeter einen geschlossenen Stromkreis.
Das Ampèremeter wird zur Stromstärkemessung auf "10A" gestellt, und die entsprechende Buchse für das Kabel gewählt.
  • Die Spule wird auf die Waage gestellt und der Stabmagnet mit Hilfe der Klemmen so positioniert, dass der Nord- oder Südpol innerhalb der Spule ist, der jeweils andere Pol möglichst weit weg von der Spule.
Bei kurzen Stabmagneten kann man das Messergebnis verbessern, wenn man zwei Stabmagnete zu einem langen Magnet verbindet.


Beobachtungen 
Spule

   Windungsanzahl:  

Länge in cm und m:

Kleiner Stabmagnet

Abmessungen der Stirnfläche:
Stirnfläche in cm^2 und m^2:

         Stromstärke in A | "Masse" in g | Kraft in N 
Nordpol:                  |              |      
                          |              |
 Südpol:                  |              |     
                          |              |
Alternativer Aufbau
Versuchsaufbau Messung magnetische Ladung.jpg

Man kann die Kraft auch mit einem Federkraftmesser bestimmen. Das ist aber schwieriger als mit einer Waage, weil der Magnet entweder in die Spule hineingezogen oder abgestoßen wird und dabei seine Lage ändert. Andererseits sieht man dabei gut die anziehende oder abstoßende Wirkung.

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