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Alle Möglichkeiten zur Herstellung eines Permanentmagneten sind in Joseph Henrys Notizbuch aufgeführt, das an der Princeton University aufbewahrt wird. Henry, der amerikanische Physiker des 18. Jahrhunderts, ist - zusammen mit Michael Faraday - als Vater der Elektrotechnik bekannt. Es ist daher nicht verwunderlich, dass eine der von ihm beschriebenen Methoden Elektrizität verwendet. Es stellt sich heraus, dass elektromagnetische Induktion den Stab in einen starken Dauermagneten verwandeln kann, wenn Sie den richtigen Metallstabtyp und genügend elektrische Energie haben. Wie stark? Auf jeden Fall stärker als ein Kühlschrankmagnet.
Was ist Magnetismus?
Magnetismus und Elektrizität hängen nicht nur zusammen, sie sind zwei Seiten derselben Medaille, und es war das von Henry und Faraday unabhängig entdeckte Phänomen der elektromagnetischen Induktivität, das zu dieser Erkenntnis führte. Elektronen haben einen Spin, der jedem Atom ein kleines Magnetfeld verleiht. Es ist möglich, die Elektronen in bestimmten Metallen dazu zu bringen, sich in die gleiche Richtung zu drehen, was dem Metall magnetische Eigenschaften verleiht. Die Liste der Metalle, die dies tun, ist nicht lang, aber Eisen ist eines davon, und da Stahl aus Eisen besteht, kann er auch magnetisiert werden.
Wege zum Magneten
Zu den Methoden, mit denen Henry einen gewöhnlichen Eisen- oder Stahlstab in einen Magneten verwandelt, gehören:
Das Endergebnis jeder Methode besteht darin, die Elektronen im Stab dazu zu bringen, sich in die gleiche Richtung zu drehen. Da Elektrizität aus Elektronen besteht, ist es eine gute Annahme, dass die letzte Methode die effizienteste ist.
Machen Sie Ihren eigenen Magneten
Sie benötigen einen Stab aus Stahl, Eisen oder einem anderen magnetisierbaren Material. (Hinweis: Es gibt nicht viele andere Möglichkeiten.) Ein 10d oder größerer Stahlnagel ist perfekt. Wenn Sie nicht sicher sind, ob es aus Stahl ist, testen Sie es mit einem kleinen Magneten. Sie benötigen außerdem einen oder zwei Fuß isolierten Kupferdraht und eine Stromquelle, z. B. eine D-Zellen-Batterie oder einen Niederspannungstransformator, den Sie an eine Steckdose anschließen können. Wenn Sie sich für einen Transformator entscheiden, vergewissern Sie sich, dass er über Klemmen verfügt, an die Sie Drähte anschließen können.
Um den Nagel zu magnetisieren, wickeln Sie den Draht um ihn und formen so viele Spulen wie möglich. Es ist in Ordnung, den Draht auf Spulen zu überlappen, die Sie bereits gewickelt haben. Die Stärke des induktiven Feldes - und Ihres Magneten - nimmt zu, wenn Sie die Anzahl der Spulen erhöhen. Seien Sie also großzügig. Lassen Sie die Enden der Drähte frei und entfernen Sie einen Zentimeter der Isolierung, damit Sie sie an die Stromquelle anschließen können.
Schließen Sie die Drähte an die Stromquelle an und schalten Sie den Strom ein. Lassen Sie das Gerät etwa eine Minute lang eingeschaltet und schalten Sie es dann aus. Testen Sie den Nagel, indem Sie ihn über einige Eisenspäne halten. Es sollte jetzt magnetisiert sein und die Feilspäne anziehen, auch wenn die Stromversorgung ausgeschaltet ist.
Stärke steigern
Sie können die Stärke des Magneten erhöhen, indem Sie die Anzahl der Spulen erhöhen. Wenn Sie beispielsweise die Anzahl der Spulen verdoppeln, verdoppeln Sie die Stärke des induktiven Feldes. Wenn Sie jedoch die Kabellänge dazu erhöhen, erhöhen Sie den elektrischen Widerstand, wodurch die durch das Kabel fließende Strommenge verringert wird. Da Strom, also die Bewegung von Elektronen, das Feld erzeugt, sinkt die induktive Leistung. Gleichen Sie diesen Stromverlust durch Erhöhen der Spannung aus, indem Sie entweder die Einstellung am Transformator ändern oder eine größere Batterie verwenden.