Magnete sind toll. Es gibt kaum ein besseres Spielzeug. Wie da scheinbar unsichtbare Kräfte zwischen den Objekten wirken ist immer wieder aufs Neue faszinierend. Ich fand das als Kind super und ich tue es heute noch. Mittlerweile weiß ich zwar ein wenig besser über Magnetismus Bescheid als früher, was aber nichts an der Faszination ändert. Es ist eher noch jede Menge Faszination dazu gekommen – denn die Erklärung des Magnetismus ist mindestens ebenso beeindruckend wie das Phänomen selbst. Es war gar nicht so einfach, dieses Rätsel zu lösen. Mitte des 19. Jahrhunderts stellte Michael Faraday jede Menge grundlegende Experimente zu Elektrizität und Magnetismus an und 1864 lieferte James Clerk Maxwell mit den heute nach ihm benannten “Maxwellgleichungen” die erste umfassende theoretische Beschreibung des Phänomens und zeigte, dass Elektrizität und Magnetismus nicht getrennt voneinander betrachtet werden können sondern beides nur unterschiedliche Ausprägungen des gleichen Effekts sind.

Maxwells Gleichungen an seiner Statue in Edinburgh (Bild: Ad Meskens, CC-BY-SA 3.0)

Maxwells Gleichungen an seiner Statue in Edinburgh (Bild: Ad Meskens, CC-BY-SA 3.0)

Aber erst die Entwicklung der Quantenmechanik in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts erlaubte es den Wissenschaftlern, den Magnetismus auf einer fundamentalen Ebene zu verstehen. Ob ein Material magnetisch ist oder nicht hängt von seiner atomaren Struktur und den Eigenschaften der Elementarteilchen ab, aus dem es besteht. Aber man kann dem Magnetismus auch ein wenig nachhelfen und Dinge magnetisch machen, die es sonst eigentlich nicht sind. Meistens sind das Metalle (es geht aber auch mit Mäusen und Bier) und nutzt man Elektrizität dafür, dann nennt sich das Elektromagnetismus. Die beiden Videoblogger von Veritasium und Minutephysics haben sich beide Arten des Magnetismus angesehen und anschauliche Erklärungen dafür gefunden. Seht euch die beiden Videos an – es lohnt sich auf jeden Fall! (Besonders die Szene mit den kämpfenden Magnetsoldaten finde ich schön 😉 )

Kommentare (23)

  1. #1 Nashorn
    25. September 2013

    Das klingt spannend, gibt’s auch Links zu den Videos?

  2. #3 Florian Freistetter
    25. September 2013

    Sorry, der Artikel ist heute morgen automatisch veröffentlicht worden, während ich noch im Zug gesessen bin. Und anscheinend hatte ich beim Schreiben vergessen, die Links einzfügen. Jetzt sollte aber alles passen.

  3. #4
    25. September 2013

    Eine Frage, die zu veritasiums Video oft auf Youtube auftaucht, aber bisher nicht zufriedenstellend beantwortet werden konnte, ist folgende:
    Wenn ein stromdurchflossener Leiter von einer stehenden positiven Probeladung “beobachtet” wird, sind die Elektronen im Leiter längenkontrahiert. Da die Probeladung aber keine Kraft erfährt, müssen die längenkontrahierten Elektronen im Leiter genauso verteilt sein, wie die positiven Atomrümpfe.
    Fließt kein Strom, so sind die Elektronen auch nicht längenkontrahiert. Auf die Probeladung wirkt wieder keine Kraft, also müssen positive und negative Ladungen auch hier gleichverteilt sein.

    Was passiert aber während des Einschaltens des Stroms?

  4. #5 Nashorn
    25. September 2013

    Vielen Dank für die Links, die Videos sind wirklich gut!

  5. #6 Stefan K.
    25. September 2013

    Großes Lob. (wieder Mal)
    Wenn alle Lehrer so ein Talent zum erklären hätten wie Florian und die Typen in den Videos, die er verlinkt, (nämlich es zu schaffen, dass auch Gesteswissenschaftler wie ich als Jurist naturwissenschaftliche Phänomene zumindest erahnen können) würde es viel besser um die Bildung der Jugend stehen…
    Oder in anderen Worten: Super Videos 🙂

  6. #7 J. Brinkmann
    25. September 2013

    Man hat den Eindruck, anstatt selbst etwas zu publizieren, wird wie vom Großteil der Social Media Nutzer nur noch etwas “geteilt”. Ein Artikel in dem du nicht nur “weiterleitest” sondern auch selber mehr dazu schreibst, wäre wirklich toll!

  7. #8 2xhinschauen
    25. September 2013

    @J. Brinkmann #7
    Kommt vielleicht auf den Gehalt an. Florian verweist auf schöne nichttriviale Erklärungen, das hilft uns und den Autoren auch. Man muss nicht alles nochmal und nochmal erklären.

    Mein eigenes Problemchen ist eher, dass ich in praktisch keiner Umgebung, in der ich surfe/Blogs lese etc, Videos mit Ton gucken kann. Und mir fehlt auch die Geduld dafür (anderen gehts anders, klar). Von einem Text weiß ich in Sekunden, ob ich ihn lesen will und ich kann ihn auch überfliegen. Einem Video muss ich i.a. folgen, wie es ist. Ich lese lieber oder kann gerade nur lesen und verpasse dadurch sicher auch viel Gutes. Andererseits spare ich Speicherplatz und Bandbreite.

  8. #9 Skeptikskeptiker
    Randpolen
    25. September 2013

    Stefan K.
    “Wenn alle Lehrer so ein Talent zum erklären…”

    Da erinnere ich mich an eine Physikstunde vor mehr als 35 Jahren. Ich glaube 7. Klasse. Unser uralter Lehrer hatte sein ebenso altes Gleichstrommotor-Modell aufgebaut – einer großen Spule in der Mitte eines Ringes, einem eingesteckten roten Magneten (für Norden) oben und einem blauen (für Süden) unten. Und es kam – wie es kommen musste – das Ding ruckte nur kurz und drehte sich nicht. Mmh, minutenlange Fehlersuche, alles überprüft. Irgendwann meldete sich ein Streber (ich) und schug vor, doch mal einen der Magneten zu drehen. Wenn ich jetzt schreibe, dass der Lehrer daraufhin beide drehte und es immer noch nicht ging, wird mir bestimmt keiner mehr glauben.
    Jedenfalls hatte ich dann den Verdacht am Hals, in der Pause vorher dran rumgespielt zu haben….
    Und ich wars wirklich nicht, großes Pionierehrenwort…

  9. #10 MartinB
    25. September 2013

    @Dö
    habe das Video nicht gesehen, kann deshalb nur vermuten, was hier das problem ist: Im Ruhesystem des drahtes (Laborsystem) ist der Draht als ganzes elektrisch neutral. Eine jetzt ruhende Ladung erfährt entsprechend keine Kraft.
    Eine Ladung, die sich mit den Elektronen mitbewegt, sieht dann aber eine andere ladungsverteilung, weil jetzt der Draht nicht mehr neutral erscheint. Ist hier vorgerechnet:
    https://galileo.phys.virginia.edu/classes/252/rel_el_mag.html

    Hoffe das hilft.

  10. #11 Florian Freistetter
    25. September 2013

    @J.Brinkmann: “Ein Artikel in dem du nicht nur “weiterleitest” sondern auch selber mehr dazu schreibst, wäre wirklich toll!”

    Von denen gibt es hier im Blog genug. Allerdings sehe ich nicht, was so verwerflich daran ist, wenn man Menschen auf interessante Dinge hinweist, selbst wann man sie nicht selbst geschaffen hat.

  11. #12
    25. September 2013

    @MartinB:
    Das ist genau die Erklärung aus dem Video, soweit klar.
    Die Frage ist aber, wie die Elektronen im Draht überhaupt in Bewegung kommen. Weil am Anfang sind sie nicht kontrahiert, nach Einschalten des Stromes schon (jedes Mal aus Sicht des Laborsystems). Sieht die Probeladung während des Einschaltvorgangs eine Kraft? Irgendwie kann ich mir nicht vorstellen, wie die Elektronen kontrahiert werden und der Draht trotzdem neutral bleibt.

  12. #13 MartinB
    25. September 2013

    Wenn man den Strom einschaltet, kontrahieren sich die Elektronen im Draht beim Beschleunigen – dabei muss sich die Dichte der Elektronen entsprechend ändern (wenn ich den Draht im laborsystem geladen hätte, damm würden zusätzliche Elektronen aus der Spannungsquelle zu- oder abfließen). Genau das wird jedenfalls in dem lik so vorgerechnet.

  13. #14
    25. September 2013

    Den Link hab ich mir jetzt ganz durchgelesen, aber da wird nicht erwähnt, was während des Einschaltens passiert.

    Also wenn ich am Anfang einen neutralen Draht habe und dann den Strom einschalte und somit die Elektronen beschleunige, kontrahieren sie und halten aber ihren Abstand gleich? Wenn ja, warum wird der Abstand zwischen den Elektronen nicht mitkontrahiert?

  14. #15 Kallewirsch
    25. September 2013

    Wenn ja, warum wird der Abstand zwischen den Elektronen nicht mitkontrahiert?

    Der Abstand wird IMHO genauso mitkontrahiert.

    Martin sagt ja explizit

    dabei muss sich die Dichte der Elektronen entsprechend ändern

  15. #16
    25. September 2013

    @Kallewirsch: aber das würde dann dazu führen, dass die Ladungsdichte im Leiter negativ wird. Man beobachtet aber durchgehend einen neutralen Leiter, oder?

  16. #17 eumenes
    25. September 2013

    # Dö
    Längenkontraktion bei Fermigeschwindigkeit?

  17. #18
    25. September 2013

    @eumenes:
    Ich versteh nicht ganz den Zusammenhang zu meinem Problem… Meine ganzen Kommentare beziehen sich auf die Erklärung im zweiten Video…

  18. #19 Alderamin
    25. September 2013

    @Dö

    Hast mich auch zum Grübeln gebracht. Hab’ folgendes dazu gefunden:

    One may think that the picture, presented here, is artificial because electrons, which accelerated in fact, must condense in the lab frame, making the wire charged. Naturally, however, all electrons feel the same accelerating force and, therefore, identically to the Bell’s spaceships, the distance between them does not change in the lab frame (i.e. expands in their proper moving frame). Rigid bodies, like trains, don’t expand however in their proper frame, and, therefore, really contract, when observed from the stationary frame.

    Also: der Abstand der Elektronen bleibt, aus dem ruhenden System betrachtet, gleich, aus dem bewegten jedoch nicht. Das wiederum wird mit dem Bellschen Raumschiffparadoxon erklärt (wo ein zwischen zwei gleich beschleunigten Raumschiffen reißt: aus Sicht eines ruhenden Beobachters Lorentz-verkürzt es sich, aber der Abstand der Raumschiffe bleibt gleich, denn sie beschleunigen ja exakt gleich. Warum reißt es auch aus Sicht der Raumschiffe, wo es doch mit ihnen beschleunigt wird? Dazu gibt es auch einen deutschen Wikipedia-Artikel. Man muss die verschiedenen Standpunkte der Gleichzeitigkeit während der Beschleunigung beachten. Relativitätstheorie ist ziemlich tricky.

  19. #20
    25. September 2013

    @Alderamin: Danke, damit ist das Problem gelöst 😀

  20. #21 Desolace
    25. September 2013

    Ich bin vermutlich die Einzige, die sich über den Bezug zum Meme “Fucking Magnets, how do they work?” gefreut hat 😀

    Ich finds immer schön, wenn du auf Videos hinweist, auch wenn ich manche davon schon kenne, das macht ja nix ^^

  21. #22 Jeeves
    27. September 2013

    “Magnete sind toll. Es gibt kaum ein besseres Spielzeug.”
    .
    Doch:
    Meine elektrische Eisenbahn.
    .
    Oder, jetzt aber mal mal ernsthaft:
    Ein Ball.

  22. #23 eike
    27. September 2013

    @jeeves: ich denke bälle und eisenbahnen sind durch “kaum ein” recht gut abgedeckt…