Der Kompass - Wie du mit einer Nadel das Magnetfeld der Erde sichtbar machen kannst

Wie du sicher weißt, kann man mit einem Kompass die Himmelsrichtung bestimmen. Hier zeige ich dir, wie du einen einfachen Kompass selbst basteln kannst.

• Wie funktioniert ein Kompass?
• Experiment: Kompass
• Haben Tiere einen Kompass?
• Das Magentfeld der Erde
• Unser Zimmerkompass
• Erklärung

Wie funktioniert ein Kompass?

Ein Kompass ist ein Instrument, mit dem man die Himmelsrichtung bestimmen kann. Dazu macht man sich die Ausrichtung der Magnetnadel am Erdmagnetfeld zunutze. Die Nadel zeigt immer die Nord-Süd-Richtung an, die anderen Richtungen können davon abgeleitet werden.

Eine frei bewegliche Nadel aus magnetischem Material (Magnetit) ist bereits ein einfacher Kompass. Bei einem nassen Kompass schwimmt die Nadel auf einer Flüssigkeit.

Wichtig ist immer, dass der Kompass gerade gehalten wird. So kann sich die Kompassnadel immer frei bewegen. Auf schwankenden Schiffen gab es dafür komplizierte Vorrichtungen, die den Kompass immer gerade hielten.

Beachte: Der (geografische) Nordpol der Erde ist ein magnetischer Südpol, da der Nordpol des Magneten in seine Richtung weist. Der Südpol ist entsprechend ein magnetischer Nordpol. Um sprachlich nicht durcheinander zu kommen kann man auch arktischer und antarktischer Magnetpol sagen.

Die Position der magnetischen Pole entspricht auch nicht der exakten Position der Pole der Erde. Und: die magnetischen Pole wandern. Der Magnetpol in der Arktis liegt derzeit in Kanada und wandert zur Zeit 30km pro Jahr.

Experiment: Kompass

Hier zeige ich dir, wie du einen einfachen Kompass selbst basteln kannst.

Du brauchst:

• Korken oder ein Stück Rinde
• Scharfes Messer
• Stabmagnet, Kühlschrankmagnet oder anderer starker Magnet
• Stecknadel
• Klebefilm
• Schale oder Suppenteller mit Wasser

Und so geht es:

1. Schneide mit dem Messer eine dünne Scheibe von einem Korken ab
2. Nimm den Stabmagneten in die eine, die Stecknadel in die andere Hand
3. Streiche mehrmals langsam mit einer Seite des Stabmagneten langsam über die Stecknadel, von der Kugel zur Spitze (aber nicht rückwärts!)



4. Leg die Stecknadel quer auf deine Korkscheibe und klebe sie mit einem Stück Klebefilm fest
5. Leg die Korkscheibe vorsichtig auf die Wasseroberfläche, die Scheibe soll sich frei drehen können
6. Beobachte was passiert



7. Was passiert, wenn du den Magneten in die Nähe der Nadel bringst?

Hast du keinen Stabmagnet, kannst du auch einen länglichen Magneten aus einem Magnetspiel oder einen Kühlschrankmagneten nehmen.

Haben Tiere einen Kompass?

Tiere können sich mithilfe eines Magnetsinns am Erdmagnetfeld orientieren. Besonders gut erforscht ist der Magnetkompass der Zugvögel, aber auch viele andere Tiere: Insekten, Säugetiere, Gliederfüßer, Reptilien und auch Bakterien nutzen den Magnetsinn. Wie sie das genau machen, ist jedoch noch nicht erforscht. Aber man hat kleine Magnetit-Kristalle zum Beispiel gehäuft in Nasen und Augen von Zugvögeln gefunden.

Das Magnetfeld der Erde

Die Erde ist wie ein großer Magnet und besitzt einen Nord- und einen Südpol. Es gibt verschiedene Theorien, wie das Magnetfeld der Erde entsteht. Die heute akzeptierte ist die, dass die Erde ein großer Dynamo ist.

Das Magnetfeld schützt die Erde vor dem Sonnenwind. Ohne das Erdmagnetfeld hätte die Erde ihre Atmosphäre bereits verloren. Dann wäre die Erde unbewohnbar wie der Mars, der sein Magnetfeld bereits vor langer Zeit verloren hat.

Wenn der Sonnenwind die Erde trifft kommt es zu Polarlichtern. Besonders starker Sonnenwind kann dann sogar in Deutschland zu Polarlichtern führen.

Unser Zimmerkompass

Wir haben unseren Stabmagneten an einer Schnur befestigt. Er richtet sich immer in Nord-Süd-Richtung aus und dient sozusagen als "Hauskompass". Du siehst, ein Kompass kann beliebig groß sein. Der Magnet muss nur in der Lage sein sich frei zu bewegen.

Erklärung

Die Universität von Colorado, USA, hat eine tolle Bildungsseite mit vielen kleinen interaktiven Simulationen zu naturwissenschaftlichen Themen. Zum Verständnis des Magnetismus kannst du diese Simulation benutzen: "Magnet und Kompass 🡕". In der Simulation kannst du dir auch das Erdmagnetfeld anschauen.

Ein Magnet hat immer einen Nord- und einen Südpol. Wenn wir einen Stabmagneten in der Mitte durchbrechen, erhalten wir zwei Magnete mit jeweils Nord- und Südpol. Das können wir solange machen, bis wir ganz viele mikroskopisch kleine Magnete haben. Jeder dieser Magnete besitzt wieder sowohl Nord- als auch Südpol. Es gibt keinen magnetischen Monopol. Jedes Teilchen hat auch eine magnetische Ausrichtung. Wenn die Teilchen bunt durcheinander gewürfel sind, besitzen sie keinen Magnetismus. Zeigen die Teilchen in die gleiche Richtung, ist es ein Magnet.

Die Stecknadel besteht aus Eisen oder Stahl (eine Eisen-Legierung). In Eisen befinden sich mikroskopisch kleine Bezirke, die sogenannten Weiss-Bezirke. Diese Weiss-Bezirke haben jeder für sich eine magnetische Ausrichtung. Innerhalb eines Weiss-Bezirkes haben alle Teilchen die gleiche magnetische Richtung. Aber innerhalb des Eisens sind die Bezirke wild durcheinander gewürfelt.

Der Stabmagnet besteht aus Magnetit. Magnetit ist ein eisenhaltiges Mineral. Im Magnetit sind alle magnetischen Bausteine in die gleiche Richtung ausgerichtet. Deswegen ist er immer magnetisch. Man sagt, es ist ein Permanentmagnet.

Streichst du jetzt mit dem Permanentmagneten über die Stecknadel, richtest du die Weiss-Bezirke alle in die gleiche Richtung aus. Das Eisen wird magnetisiert, es wird zu einem Magneten. Materialien, die sich magnetisieren lassen, nennt man Ferromagnete (von ferrum=Eisen). Mit der Zeit nimmt der Magnetismus in einem Ferromagnet wieder ab. Dann musst du ihn erneut magnetisieren.

Heute kann Magnetit künstlich hergestellt werden. Man stellt auch Magnete aus anderen Verbindungen her, die noch viel stärker sind als Magnetit. Das sind zum Beispiel die Neodym-Magnete.