Vom Magneten zum Elektromotor

Testvorbereitung Physik 9: Dauermagnetismus, Magnetfeld, Erdmagnetfeld, Elektromagnetismus und Elektromotor. Erst ausprobieren, dann üben – mit sofortiger Rückmeldung.

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Farben wie im Unterricht: N Nordpol S Südpol
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① VerstehenSpiele mit den Simulationen. Überlege vorher, was passieren wird – dann probiere es aus.
② MerkenDie blauen Merke-Kästen enthalten das Wichtigste für den Test.
③ ÜbenLöse die Aufgaben. Du bekommst sofort eine Rückmeldung mit Erklärung. Gelöste Aufgaben werden grün.

Am Ende warten Begriffe-Karteikarten und ein Probetest mit zufälligen Fragen. Dein Fortschritt wird nur in diesem Browser gespeichert.

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Magnetpole und ihre Kräfte

Du kannst vorhersagen, wann sich zwei Magnete anziehen und wann sie sich abstoßen.

Magnetpole: Jeder Magnet hat zwei Pole – einen Nordpol (N) und einen Südpol (S). An den Polen ist die magnetische Wirkung am stärksten: Dort bleiben die meisten Büroklammern hängen, in der Mitte kaum welche.

Verstehen Magnet-Labor: Anziehen oder abstoßen?

Tippe auf einen Magneten, um ihn umzudrehen. Stelle den Abstand ein und überlege, was passiert. Dann: Loslassen!

Gleichnamige Pole (N und N oder S und S) stoßen sich ab. Ungleichnamige Pole (N und S) ziehen sich an. Je näher sich die Pole sind, desto stärker ist die Kraft.

Üben Station 1 digital: Welche Pole sind es?

Die Pfeile zeigen, in welche Richtung die Wagen rollen. Tippe auf die weißen Felder, um N oder S einzutragen (mehrmals tippen wechselt).

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Magnetische Stoffe

Du weißt, welche Stoffe von einem Magneten angezogen werden – und welche nicht.

Verstehen Magnettest: Was bleibt hängen?

Ziehe den Magneten mit der Maus oder dem Finger über die Gegenstände. Was angezogen wird, bleibt am Magneten hängen.

Getestet: 0 von 12
Tipp: Überlege bei jedem Gegenstand zuerst, aus welchem Stoff er besteht.
Ausschnitt aus dem Periodensystem (4. Periode): Die drei magnetischen Metalle Eisen (Fe), Cobalt (Co) und Nickel (Ni) stehen direkt nebeneinander. Ihr Nachbar Kupfer (Cu, ✗) ist dagegen nicht magnetisch.
Von einem Magneten angezogen werden nur Eisen, Cobalt und Nickel – und Stoffe, die sie enthalten (z. B. Stahl, der zum größten Teil aus Eisen besteht). Kupfer, Aluminium, Gold, Silber, Messing, Holz, Glas und Kunststoff werden nicht angezogen. Also: Nicht alle Metalle sind magnetisch!
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Das Modell der Elementarmagnete

Du kannst mit dem Modell erklären, wie man magnetisiert und entmagnetisiert – und was beim Teilen eines Magneten passiert.

Elementarmagnete: Man stellt sich vor, dass magnetische Stoffe aus winzigen, unteilbaren Magneten bestehen. Sind sie ungeordnet (links), heben sich ihre Wirkungen gegenseitig auf – der Stoff ist kein Magnet. Sind sie gleich ausgerichtet (rechts), ist der Stoff ein Magnet.

Verstehen Blick ins Innere eines Eisenstabs

Probiere alle Knöpfe aus und beobachte die Elementarmagnete – und die Büroklammern an den Enden.

Ordnung der Elementarmagnete
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Der Eisenstab ist noch nicht magnetisiert: Die Elementarmagnete zeigen kreuz und quer.
  • Magnetisieren: Mit einem Magneten gleichmäßig und immer in dieselbe Richtung am Stoff entlangstreichen – die Elementarmagnete richten sich aus.
  • Entmagnetisieren: Klopfen (z. B. mit einem Hammer) oder starkes Erhitzen – die Elementarmagnete geraten wieder durcheinander.
  • Teilen: Teilt man einen Magneten, entstehen zwei neue, vollständige Magnete mit je einem Nord- und einem Südpol. Einen einzelnen Pol gibt es nicht.
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Magnetfeld und Feldlinien

Du kannst Feldlinienbilder lesen und vorhersagen, wohin eine Kompassnadel zeigt.

Magnetfeld: der Raum um einen Magneten, in dem magnetische Kräfte wirken. Man kann es nicht sehen – aber mit Kompassnadeln oder Eisenfeilspänen nachweisen.
Magnetfeldlinien: gedachte Linien, entlang derer sich Kompassnadeln ausrichten. Die Spitze einer Kompassnadel ist ein Nordpol – sie zeigt in Richtung der Feldlinien.

Verstehen Das unsichtbare Feld sichtbar machen

Ziehe den großen Kompass durch das Feld. Wechsle den Magneten und die Darstellung.

Die rote Spitze der Kompassnadel ist ein Nordpol – sie zeigt immer in Richtung der Feldlinien.
  • Außerhalb des Magneten verlaufen die Feldlinien vom Nordpol zum Südpol, im Inneren vom Süd- zum Nordpol.
  • Feldlinien sind geschlossene Linien und schneiden sich nie.
  • Wo die Feldlinien dicht liegen – an den Polen –, ist das Magnetfeld besonders stark.

Üben Station 4 digital: Kompassnadeln einzeichnen

Drehe jede Kompassnadel in die richtige Richtung: ziehen oder antippen (dreht um 45°). Die rote Spitze ist der Nordpol der Nadel.

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Das Erdmagnetfeld

Du kannst erklären, warum eine Kompassnadel nach Norden zeigt und wo die magnetischen Pole der Erde liegen.

Verstehen Die Erde – ein riesiger Magnet

Ziehe den Kompass um die Erde herum. Wohin zeigt die rote Nadelspitze? Blende dann den gedachten Magneten im Erdinneren ein.

Ziehe den Kompass an verschiedene Orte.
Kompassnadeln zeigen überall auf der Erde ungefähr nach Norden, weil die Erde ein Magnetfeld besitzt.
  • Der magnetische Südpol der Erde liegt in der Nähe des geografischen Nordpols.
  • Der magnetische Nordpol der Erde liegt in der Nähe des geografischen Südpols.
Merkhilfe: Die rote Spitze der Nadel ist ein Nordpol. Sie wird im Norden angezogen – dort muss also ein magnetischer Südpol liegen.

Verstehen Versuch: Kompassnadel selbst bauen

  1. Aufgebogene Büroklammer mit dem Stabmagneten magnetisieren (immer in dieselbe Richtung streichen).
  2. Mit Kreppband mittig an ein langes Haar kleben und am Haarende ruhig halten – andere Magnete weit weg!
  3. Die Büroklammer richtet sich im Erdmagnetfeld aus.
  4. Mit einem echten Kompass prüfen, welches Ende nach Norden zeigt, und mit N und S beschriften.
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Strom erzeugt ein Magnetfeld: der Ørsted-Versuch

Du kannst den Versuch mit der Leiterschaukel beschreiben und daraus die drei Schlussfolgerungen ziehen.

Verstehen Die Leiterschaukel im Hufeisenmagneten

Aufbau wie im Unterricht: Ein schaukelförmiger Draht hängt zwischen den Schenkeln eines Hufeisenmagneten. Führe die drei Versuchsschritte nacheinander durch und beobachte die Schaukel.

  1. Strom einschalten.
  2. Stromstärke erhöhen.
  3. Stromrichtung umkehren.
Der Stromkreis ist offen: Es fließt kein Strom, die Schaukel hängt senkrecht.
VersuchsschrittBeobachtungSchlussfolgerung
1. Strom einschalten
2. Stromstärke erhöhen
3. Stromrichtung umkehren
  1. Um einen stromdurchflossenen Leiter ist ein Magnetfeld.
  2. Je stärker der Strom, desto stärker ist das Magnetfeld.
  3. Ändert sich die Stromrichtung, dann ändert sich auch die Richtung des Magnetfelds.
Deshalb wird die Schaukel vom Hufeisenmagneten angezogen oder abgestoßen: Das Magnetfeld des Drahtes und das des Hufeisenmagneten wirken aufeinander.

Zusatz Ørsteds Entdeckung (1820): Kompassnadel unter dem Draht

Der dänische Physiker Hans Christian Ørsted bemerkte, dass eine Kompassnadel ausschlägt, sobald im Draht darüber Strom fließt. Das Magnetfeld bildet Kreise um den Draht.

Links: Blick von oben auf Draht und Kompass. Rechts: Blick entlang des Drahtes (⊙ = Strom kommt auf dich zu, ⊗ = Strom fließt von dir weg). Die kleinen Kompassnadeln zeigen die kreisförmigen Feldlinien.

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Der Elektromagnet

Du kannst Aufbau und Vorteile eines Elektromagneten erklären und sagen, wie man ihn stärker macht.

Spule: ein aufgewickelter Draht mit vielen Windungen.
Elektromagnet: eine Spule mit Eisenkern, durch die Strom fließt. Er wirkt wie ein Stabmagnet – aber nur, solange Strom fließt.

Verstehen Elektromagnet-Baukasten

Schalte den Strom ein und verändere den Elektromagneten. Wie viele Nägel kann er halten? Wohin zeigt der Kompass rechts?

Noch fließt kein Strom – die Spule ist kein Magnet.
  • Ein Elektromagnet besteht aus einer Spule mit Eisenkern. Fließt Strom, hat er wie ein Stabmagnet einen Nord- und einen Südpol.
  • Er wird stärker durch eine größere Stromstärke, mehr Windungen und einen Eisenkern.
  • Umpolen (Stromrichtung umkehren) vertauscht Nord- und Südpol.
  • Vorteil gegenüber Dauermagneten: Man kann ihn ein- und ausschalten und seine Stärke steuern.

Anwenden Der Schrottplatz-Kran

Bringe mit dem Elektromagneten den ganzen Eisenschrott in den Container: absenken, einschalten, anheben, zum Container fahren, ausschalten. Aber Vorsicht – nicht alles ist aus Eisen!

Tipp: Halte ◀ oder ▶ gedrückt, um den Kran zu fahren.
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Der Elektromotor

Du kannst Aufbau und Funktionsweise eines Gleichstrommotors mit Stator, Rotor, Kommutator und Kohlebürsten erklären.

Verstehen „Fast ein Elektromotor“: Bring die Nadel zum Drehen!

Wie im Unterricht: Neben einem Elektromagneten steht eine Kompassnadel. Ohne sie zu berühren, sollst du sie in eine Drehung versetzen. Polst du im richtigen Moment um, dreht sie sich immer weiter. Schaffst du 5 Umdrehungen?

0 Umdrehungen
Beobachte: Welcher Pol der Nadel wird gerade angezogen, welcher abgestoßen?
Man vertauscht immer im richtigen Rhythmus die elektrischen Pole an der Batterie. Dadurch vertauschen sich auch die magnetischen Pole am Elektromagneten. So kommt es zum rechtzeitigen Anziehen und Abstoßen der Pole der Kompassnadel. Im echten Motor übernimmt das Umpolen der Kommutator.

Verstehen Der Gleichstrommotor in Zeitlupe

Achte auf die Farben der Rotorpole und auf die Kohlebürsten. Mit „Bild a) b) c)“ springst du zu den drei Stellungen aus dem Unterricht.

① AnziehungUngleichnamige Pole von Rotor und Stator ziehen sich an. Der Rotor dreht sich.
② Kein Strom – TrägheitDie Kohlebürsten berühren nur die Lücken des Kommutators: Es fließt kein Strom, der Rotor ist gerade kein Magnet. Wegen seines Schwungs (Trägheit) dreht er sich weiter.
③ Umpolen – AbstoßungDer Kommutator vertauscht die elektrischen Pole am Rotor – dadurch vertauschen sich auch seine magnetischen Pole. Jetzt stehen sich gleichnamige Pole gegenüber und stoßen sich ab. Der Rotor dreht sich in derselben Richtung weiter.
  • Stator: der feststehende Magnet (hier ein Dauermagnet).
  • Rotor (Anker): der drehbare Elektromagnet.
  • Kommutator (Vertauscher): vertauscht nach jeder halben Umdrehung die elektrischen Pole am Rotor – und damit dessen magnetische Pole.
  • Kohlebürsten: schleifen am Kommutator und verbinden ihn mit der Stromquelle.
Ablauf: Anziehung ungleichnamiger Pole → kein Strom, Weiterdrehen durch Trägheit → Kommutator polt um → Abstoßung gleichnamiger Pole → wieder Anziehung …

Üben Beschrifte den Elektromotor

Ordne jeder Nummer in der Skizze den richtigen Namen zu.

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Begriffe-Karteikarten

Erkläre den Begriff zuerst selbst – laut oder im Kopf. Dann tippe auf die Karte und vergleiche.

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Probetest

12 zufällige Fragen aus allen Kapiteln – erst am Ende gibt es die Auswertung. Jede Runde ist anders.

Alle Merksätze auf einen Blick