Spaß mit Magneten

Artikel aus ZEIT Wissen 02-2006

Spaß mit Magneten

»Nichts für Kinder und Schwachmagnetspieler«, warnt der Hersteller. Umso besser für uns, schwächelnde Hufeisenmagneten hatten wir nämlich im Physikunterricht genug. Da erscheinen uns »Todesmagnet« und »Hautklemmer« wesentlich anziehender. Das hier ist ja kein Kindergeburtstag.

Text Stefanie Schramm und Amélie Putzar

Das Päckchen der Firma supermagnete.de sieht harmlos aus. Eine Schachtel liegt darin, abgefedert mit Styroporchips. Verpackt man so etwa einen »Todesmagneten«? Außerdem entdecken wir eine Stange aus silbernen Klötzchen, klein wie Zuckerwürfel, »Hautklemmer« heißen sie im Fachjargon. Es dauert nicht lange, herauszufinden, warum. Mühsam losgerissen, saust eines der Würfelchen zu seinen Kollegen zurück. Autsch! Ein schmerzendes rotes Mal am Zeigefinger. Am Ende des Tages werden es Dutzende sein.

»Nichts für Kinder und Schwachmagnetspieler«, hatte der Versender gewarnt. Da scheint sich einiges getan zu haben, dachten wir und erinnerten uns an die schwächelnden Magneten aus unserem Angelspiel zum fünften Geburtstag oder an die monstergroßen, aber schwachbrüstigen Hufeisenmagneten aus dem Physikunterricht. Südpol grün, Nordpol rot. Aber schon damals hat uns die unsichtbare Anziehung zum Rumspielen verleitet. Neodym-Eisen-Bor heißt die potente Legierung (siehe Kasten) des Stärksten unter den Anziehern, der alle herkömmlichen Magneten weit hinter sich lässt. Er glänzt silbern wie die Zukunft. Das hier wird kein Kindergeburtstag.

Reflexartig reagieren wir auf den Totenkopf, der die Schachtel ziert. Selbst der Anbieter weiß nicht genau, was man mit dem Todesmagneten »sinnvollerweise anfangen könnte«, und rät zu kleineren Ausführungen. Zu stark seien die magnetischen Kräfte. »Aber wenn Sie das Monster unbedingt haben müssen: VORSICHT!!!« Da wir überhaupt nichts Sinnvolles anfangen wollen, ist er genau der Richtige für uns.

Ausgepackt. Der Kraftprotz ist überraschend klein: fünf mal fünf Zentimeter, etwa halb so dick. 83 Kilo Haftkraft, steht in der Gebrauchsanleitung. Das wollen wir doch mal sehen. Der Magnet soll an einen Stahlträger an der Decke, dann wird er beladen. Am besten halten Magneten an so genanntem Weicheisen, das ist Eisen mit niedrigem Kohlenstoffanteil. Unser Träger aus billigem Baustahl tut es aber auch, die Haftkraft ist nur fünf Prozent geringer als bei Weicheisen, versichert der Händler.

Langsam nähern wir den Magneten dem Stahl. Plötzlich, als hätte er eine unsichtbare Grenze überquert, donnert das Teil mit Wucht an den Träger. Eine Ecke splittert ab. Wir kriegen ein bisschen Angst.

Vorsichtshalber fangen wir klein an und hängen den Inhalt eines Werkzeugkastens an den Todesmagneten: drei Zangen, eine Säge, einen Hammer, etliche Schraubenzieher, verbunden mit kleinen Magneten. Die zwei Meter lange Werkzeugkette hält. Wir rüsten auf: mit einem Hollandrad, dem Panzer unter den Fahrrädern. Auch kein Problem für den Todesmagneten.

Eigentlich müsste er auch eine von uns tragen. Wir klicken einen eigens geschweißten Handgriff an den Magneten. Amélie macht sich lang, packt die Stahlstange und lässt sich langsam hängen. Schön gleichmäßig belasten! Sie hebt erst einen, dann beide Füße vom Boden. Es hält! Sie kann sogar ein bisschen schaukeln, bevor sich der Magnet mit einem Ruck vom Stahlträger löst.

Da steckt tatsächlich eine Menge Kraft drin. Das merken wir aber erst, wenn Metall oder ein anderer Magnet in der Nähe ist, schließlich haben Menschen keinen Magnetsinn. Für Kreditkarten, Festplatten und Unterhaltungselektronik können starke Magnetfelder richtig gefährlich werden. Sie bringen die mikroskopischen Felder der Magnetstreifen oder der Festplatte durcheinander. Unser handlicher Todesmagnet sollte also ein erhebliches Zerstörungspotenzial besitzen. Gut!

Können wir zum Beispiel den penetrant lauten iPod-Dudler im Zug einfach per Magnetkraft ausschalten? Schließlich ist so ein iPod bloß eine Festplatte im Plastikgewand. Unauffällig ranhalten, Ton aus? Leider mag uns niemand seinen mp3-Player zu Testzwecken leihen. Immerhin einen ausrangierten Laptop aus der EDV-Abteilung bekommen wir. Um die Situation möglichst realistisch nachzustellen, laden wir einen MP3-Song per Diskette auf das Gerät von Sammlerwert. Als sich Amélie mit dem Todesmagneten nähert, spielt das Powerbook 1400 zunächst ungerührt weiter. Erst als der Magnet nur noch einen Fingerbreit über der Tastatur schwebt, beginnt der Lautsprecher zu knistern, die Festplatte ruckelt. Die Anzeige des Musikprogramms blinkt wild auf, dann ist der Ton aus. Die Maschine kapituliert. Auf dem Monitor erscheint ein Diskettensymbol mit einem Fragezeichen: Wo ist meine Festplatte?

Helfen Magnetkräfte auch gegen Handy-Gebimmel? Ein Testgerät ist schnell gefunden. Auch hier passiert erst mal nichts. Nur wenn man den Magneten ganz dicht an das klingelnde Handy hält, gibt es Ruhe. Es geht nicht kaputt, nur der Lautsprecher fängt an zu fiepsen. Fazit: Magneten sind keine Distanzwaffen gegen Gedudel und Klingeln. Erst auf Tuchfühlung, zum Beispiel in einer Handtasche, können sie Schaden anrichten. Wir haben das Kubik unterschätzt, die hochgestellte Drei in der Formel für die Magnetfeldstärke. Die ist nämlich umgekehrt proportional zum Abstand hoch drei. Das heißt, das Feld ist in zehn Zentimeter Entfernung schon tausendmal schwächer als bei nur einem Zentimeter Abstand.

Dabei würden wir manchmal zu gerne den Musikantenstadl der Nachbarin durch die Wohnungswand abdrehen. Vielleicht hilft eine selbst gebaute Magnetkanone mit einem Elektromagneten?

Wir wickeln 400 Windungen Kupferdraht in zehn Lagen um einen Weicheisenbolzen und besorgen uns eine Autobatterie. Zur Sicherheit bauen wir einen Schalter und einen Drehwiderstand ein, damit lässt sich die Magnetstärke regulieren. Ein Kollege opfert seinen Fernseher der Wissenschaft.

Julia - Wege zum Glück, eine Telenovela mit seitengescheiteltem Schnösel. Der romantische Held der Serie soll unser Opfer sein. Aus einigen Metern Entfernung können wir ihm nichts anhaben. Auch als wir uns mit der Magnetkanone nähern und auf volle vier Ampere gehen, tut sich nichts. Offenbar funktioniert auch der Elektromagnet nur im Nahkampf, das Gesetz vom Abstand hoch drei gilt auch hier. Knapp eine Handbreit Abstand, und wir werden entschädigt mit großem Kino: Das Gesicht von Julias Lover kriegt eine ungesund grünliche Farbe und erscheint leicht verzerrt. Wir scheuchen es mit dem Elektromagneten von einer Bildschirmecke zur anderen. Zarte Rosatöne kommen dazu.

Jetzt aber Todesmagnet aus nächster Nähe: Seitenscheitels Gesichtsfarbe wird noch ungesünder, die Verzerrungen nehmen zu. Als wir den Magneten mitten auf den Bildschirm halten, erscheinen schwarzweißer Schnee und eine Spirale in Blau-Gelb-Rosa. Eine klare Verbesserung! Die Elektronen in der Röhre dürfen sich mal richtig austoben.

Der romantische Held trägt einen bleibenden Grünschaden davon. Schuld ist das feinmaschige Metallgitter hinter der Mattscheibe, das zwecks Farberzeugung einen Teil der Elektronen aus der Bildröhre abfängt. Wir haben es magnetisiert. Moderne Fernseher und Computermonitore heilen sich selbst durch eine Entmagnetisierungsfunktion - ein immer schwächer werdendes Wechselmagnetfeld -, bei älteren Modellen wie dem unsrigen müsste der Fernsehtechniker mit einer Entmagnetisierungsspule nachhelfen.

Bis zur Tagesschau bleibt noch etwas Zeit, um eine fiese Flüssigkeit mit hohem Spaßfaktor zu untersuchen. Ferrofluid heißt sie. Es handelt sich um eine Art Motoröl mit winzigen Metallpartikeln drin. Die Partikel sind mit Kohlenwasserstoffmolekülen überzogen, damit sie sich in der Flüssigkeit nicht am Boden ablagern, sondern gelöst bleiben. Flüssiges Eisen sozusagen. Für 60 Euro haben wir 50 Milliliter von einem Online-Versand gekauft. »Ferrofluide können sehr viel Unordnung verursachen, wenn die Sicherheitshinweise nicht beachtet werden«, steht in der Packungsbeilage.

Wir nähern uns der geheimnisvollen Mixtur zunächst in einer Sicherheitsverwahrung: In einem Schauglas schwimmen ein paar Tropfen Ferrofluid in einer durchsichtigen Flüssigkeit. Wir halten einen der mitgelieferten Magneten an das Glas. Die Flüssigkeit bildet kleine Stacheln, noch nicht sehr imposant. Mit unserem Elektromagneten wird der Igel in der Flasche schon stacheliger. Wir können an- und ausschalten oder unterschiedlich stark aufdrehen, der Igel lebt. Und was macht das Ferrofluid, wenn der Todesmagnet kommt? Aus den Stacheln werden einzelne Nadeln, die in der durchsichtigen Flüssigkeit schweben. Klar, wer hier der stärkste Magnet ist.

Richtig interessant wird das Ferrofluid natürlich erst ohne Sicherheitsglas. Wir kippen ein bisschen auf eine Untertasse und schieben einen Ringmagneten unter die Schale. Die Flüssigkeit bildet Stacheln.

Auch ein Centstück, das wir in der Flüssigkeit platziert haben, schwimmt mit Hilfe des Magneten plötzlich auf dem Metallsee, weil der die Dichte der Flüssigkeit verändert. Das ist was für Physiklehrer.

Mit einem der Hautklemmer und erst recht mit dem Todesmagneten kann man das Ferrofluid so richtig aufstacheln. Wir inszenieren eine Prozession aus flüssigen Nadeln, die, vom Hautklemmer geführt, über das Porzellan zieht. Den Magneten bewegen wir unter dem Tisch, auf dem die Untertasse steht - Sicherheitsabstand. »Magnete nicht zu dicht an das Ferrofluid halten, oder es hüpft aus der Schale«, steht in der Gebrauchsanleitung. Klingt interessant.

Stefanie nähert sich mit einem Hautklemmer der schwarzen Pfütze. Plötzlich zieht sich ein dünner Faden von dem Ferrofluid zu dem glänzenden Quader, der Magnet trickst die Schwerkraft aus. Schnell ist er von Öl umhüllt und saugt sich immer weiter voll. Als die Untertasse leer ist, hat sich der Magnet in einen glibberigen Igel verwandelt. Er flutscht weg, kullert über den Tisch und hinterlässt eine schmierige Ölspur. Trotzdem will er noch mehr von dem Eisendrink.

Wir kippen nach, bis die Flasche leer ist. Leider haben wir das Centstück aus dem vorigen Versuch vergessen. Als die schwarze Kugel in die Nähe der Münze gerät, springt der Cent die Kugel an. Ein schwarzes Aufspritzen - als wir die Augen wieder aufmachen, sind wir gesprenkelt, und das Fotostudio sieht aus, als hätte sich ein wildgewordener Kalligraf mit schwarzer Tusche ausgetobt. »Ferrofluide können sehr viel Unordnung verursachen ...« Stimmt.

Wer seine Experimentierkästen nicht nur als Staubfänger in der Wohnung stehen hat, müsste jetzt eigentlich Lust verspüren, selbst ein paar Versuche zu machen. Supermagnete und Ferrofluid hat es jedoch in den Experimentierkästen von Philips und Schuco nicht gegeben. Aus gutem Grund! Vor einem Einkauf bitte die Sicherheitshinweise lesen, die alle seriösen Anbieter auf ihren Webseiten haben - eine Bezugsquelle ist ja bereits oben im Kasten angegeben.

• Magnete aus deutscher Produktion und verschiedenen Werkstoffen gibt es bei IBS Magnet, Berlin. Dort findet man auch einige Grundlagenbeiträge, einen Magnet-Sensor mit spitzengelagerter,  kardanischer Aufhängung zum Abtasten von Magnetfeldern und Sensorfolie zum schnellen Auffinden der Magnetpole (besonders praktisch bei mehrpoligen Magneten).

• Immer wieder faszinierend sind Versuche zum magnetischen Schweben. Passende Experimentieranregungen befinden sich auf den Webseiten des Magnetladen. Es muss ja nicht gleich das aufwändige Levitron sein. Beeindruckend ist auch schon der einfache Maglev. Hier reichen vier Würfelmagnete, um eine Graphitscheibe in der Schwebe zu halten. Unbedingt noch den Unipolarmotor ansehen und die dafür erforderliche Magnetscheibe gleich mitbestellen!

• In der Anwendung harmloser als Ferrofluid und bereits für Schulkinder geeignet ist die magnetische Knete, die von Frank Trujic und Melanie Maier aus den USA importiert wird. Auf jeden Fall die Videos ansehen!

• Schon für kleine Kinder empfehlenswert sind die "Magnetspiele" von Kraul. Für ältere auch der "Kleine Magnetkasten" und "Magnetische Kräfte". Man erhält sie im Kids and Science Onlineshop von Andreas Tillmann, der auch viele Experimente und Erklärungen für Kinder auf seinen Webseiten hat.

• Die Untersuchung und Herstellung von Ferrofluiden war das Thema von Fabian Nickel und Timo Stein bei "Jugend forscht 2007". Das Ergebnis dieser Arbeit kann auf deren Homepage als PDF Datei abgerufen werden.

• Viele Informationen zu Anwendungen und Eigenschaften von Ferrofluiden findet man auf den Webseiten der Ferrotec GmbH. Unter anderem die vollständige Versuchsanleitung zu einem Schulungs-Kit.

• Ferrofluid in Gebinden zu 2, 15 und 100 ml hat NEOTEXX m@gnete im Angebot.

• Und hier noch ein Video mit einem wahren Ferrofluid-Kunstwerk. Es zeigt eine Installation der japanischen Künstlerin Sachiko Kodama.

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