In der Theorie heißt es so schön, die anziehende und abstoßende Magnetkraft wären gleich groß. Doch dass es vielleicht doch nicht so ist, wird sich schon jeder einmal gedacht haben, wenn er mit Magneten gespielt hat. Die abstoßende Kraft erscheint schon rein vom Gefühl her so, als wirke sie viel weiter.
Mit diesem kleinen Modell lassen sich die Magnetkräfte ganz leicht
unter realen Bedingungen testen. Auf einem drehbar gelagerten Arm ist an
jedem Ende ein Magnet angebracht, der mit einem zweiten feststehenden Magneten
auf einer Seite anziehend und auf der anderen Seite abstoßend wirkt.
Das Modell wurde gemäß dieser Zeichnung gefertigt. Es besteht
durchwegs aus Aluminium. Die Schrauben an den beiden Magnethaltern sollten
unbedingt aus unmagnetischem Messing sein, um die Ausbreitung des Magnetfeldes
nicht zu beeinträchtigen. Die Magnete sind aus Neodym (Durchm. 8mm,
5mm dick) und werden in die Bohrungen eingepresst. Bei zu lockerem
Sitz wird das Aluminium vor dem Einpressen etwas verformt. Die Polung der
Magnete muss natürlich so sein, das es auf einer Seite zur Anziehung
und auf der anderen zur Abstoßung kommt.
Beobachtungen
Es ist doch sehr interessant, das von der Justierung der Magnete alles abhängt. Durch leichtes Verdrehen der Magnethalter kann der Abstand zum Arm hin verändert werden. Es lassen sich so ganz unterschiedliche Eigenschaften einstellen.
Erklärungen
Der Effekt besteht eigentlich aus zwei einzelnen Effekten.
1. Warum bleibt der Arm überhaupt an den Magneten kleben ?
Das ist relativ leicht zu erklären. Die beiden abstoßend
wirkenden Magnete schwächen sich gegenseitig umso stärker, je
näher sie an einander kommen. Es kann sogar beobachtet werden, das
nach dem Aufmagnetisieren (durch Stoßmagnetisierung)
der Magnete die Abstoßung viel stärker ist. Wenn sich die Magnete
dann einmal berührt haben, fehlt ihnen ein wenig Kraft. Bei
den abziehenden ist das gerade umgekehrt, sie stärken sich gegenseitig.
So kommt es, dass eben die anziehende Kraft in Summe größer
ist. Das gilt aber nur für einen relativ kleinen Abstand zwischen
den Magneten.
2. Warum gibt es einen Bereich, wo man den Balken gegen die abstoßende
Kraft drücken muss ?
Das kann zum Teil auf die geometrische Einstellung des Aufbaues
zurückzuführen sein. Wenn die anziehende Seite etwas weiter
entfernt ist, beginnt sie erst dann
zu wirken, wenn die Abstoßung schon eingesetzt hat. Die Anziehung
kann aber bei weiterer Annäherung dann trotzdem noch die
Abstoßung überwinden.
Das könnte durch einen Sättigungseffekt im Magnetmaterial
erklärt werden. Magnete können je nach Material nur bis zu
einer gewissen Stärke magnetisiert werden. Darüber bringt ein
Erhöhen der Feldstärke keinen Zuwachs an Flussdichte mehr. Im
Falle der abstoßenden Magnete sinkt die Feldstärke und man
gelangt nicht in diesen kritischen Bereich. Bei den anziehenden
Magneten hingegen addieren sich die Feldstärken, aber die
Flussdichte kann ihr nicht im gleichen Maß folgen. Um das zu
bestätigen wäre ein Versuch mit Luftspulen sinnvoll, bei
denen es keine Sättigung gibt.
Beide Effekte zusammen ergeben auf jeden Fall ein sehr interessantes
Verhalten. Es entsteht eine Schwelle, über die man den Balken
drücken muss, wenn man vorher loslässt, dann federt
er sogar zurück. Das erweckt den Eindruck einer Asymmetrie in der
Magnetkraft, was schon so manchen Erfinder zum Bau eines
selbstlaufenden Magnetmotors
angeregt haben soll.
Magnetseite