Magnetismus

In enger Beziehung zur Elektrizität, zum Stromfluss und zum elektrischen Feld stehen der Magnetismus, der magnetische Fluss und das Magnetfeld. Für uns Menschen ist Magnetismus noch schlechter vorstellbar als Elektrizität, denn ihn nehmen wir überhaupt nicht wahr, während man elektrische Felder wenigstens durch sich aufstellende Haare bemerken oder auch mal beim unvorsichtigen Hantieren mit höherer Spannung »eine gewischt« bekommen kann. Magnetismus dagegen bleibt uns auch dann verborgen, wenn wir uns  innerhalb eines sehr starken Magnetfeldes befinden; denken Sie nur an die Magnetresonanztomographie (MRT), gemeinhin auch Kernspintomographie genannt. Da liegt man in einer gigantischen Spule, hört heftige Geräusche, der Körper wird von starken Magnetfeldern »durchleuchtet«, aber außer einem unguten Gefühl ob der Enge spürt man nichts. Magnetismus können wir nur aus zweiter Hand erfahren, durch seine Wirkung auf bestimmte, geeignete Materialien.

Bild Magneten

Magnetfelder überall

Mit Magneten kennen wir uns aus. Der Effekt, dass so ein besonderes Stück Metall andere Metalle anziehen kann, hat uns schon als Kinder fasziniert. Noch interessanter ist der Effekt der Kompassnadel, die sich immer in Nord-Süd-Richtung ausrichtet und bei der Orientierung unverzichtbare Dienste leistet. Gerade der Kompass zeigt, dass wir ständig von magnetischen Feldern umgeben sind, denn nur deshalb richtet sich die Nadel aus. Das Magnetfeld der Nadel passt sich dem erdumspannenden Magnetfeld an.

Eine weitere Absonderlichkeit des Magnetismus ist die Eigenschaft, dass sich immer die entgegengesetzten Pole anziehen, während sich gleich orientierte Pole abstoßen. Analog zum Globus werden deshalb die beiden Enden der Kompassnadel wie auch aller anderen Magneten mit Nordpol und Südpol bezeichnet. Üblicherweise benutzt man bei der farbigen Darstellung von Magneten die Farben Rot für den Südpol und Blau für den Nordpol.[1]

Die Abbildung rechts zeigt drei typische Bauformen von Magneten.

Die Feldlinien

Bild FeldlinienBewegt man eine kleine Kompassnadel an einem Magneten entlang, kann man anhand deren Ausschlags ermitteln, wie das magnetische Feld außerhalb des Magneten zwischen Nord- und Südpol verläuft. Je nach Lage der Pole zueinander bilden sich unterschiedliche Formen des Feldlinienverlaufs heraus. Die Feldlinien umgeben den Magneten wie eine Hülle; das Magnetfeld ist ein dreidimensionales, in sich geschlossenes Gebilde, das mit zunehmendem Abstand vom Magneten immer schwächer wird. Innerhalb des Magneten setzt sich das Magnetfeld fort, hier folgen die Feldlinien der Form des Metallstücks, also geradlinig im Stabmagneten und gebogen im Hufeisenmagneten. An den Austrittsflächen des Magneten ist die Magnetkraft am stärksten. Ein Magnetfeld besitzt folglich keinen Anfang und kein Ende, der magnetische Fluss verläuft in sich geschlossen. Für die Flussrichtung hat man eine Konvention getroffen: Es wird unterstellt, dass der magnetische Fluss außerhalb des Magneten von Nord nach Süd verläuft, innerhalb demzufolge von Süd nach Nord.

Die meisten Stoffe sind antimagnetisch, einige Metalle reagieren mehr oder weniger stark auf Magnetismus, am stärksten reagiert Eisen. Deshalb verwendet die Fachsprache auch den Begriff Ferromagnetismus. Eisen in gehärteter Form und als Oxid lässt sich dauerhaft – oder doch zumindest lang anhaltend – magnetisieren, ebenso besonders präparierte Oxide einiger anderer Metalle wie zum Beispiel Chromdioxid; die Speicherung auf Magnetbändern und -platten (Disketten, Festplatten) basiert auf dieser Eigenschaft. Weicheisen lässt sich ebenfalls magnetisch aufladen, verliert jedoch diese Ladung nach einer gewissen Zeit wieder.

Die Eigenschaft, dass ein Magnet ferromagnetisches Metall anzieht, können wir im Modellbaubereich auf vielfältige, zum Teil subtile Weise ausnutzen. Da wäre zum Beispiel das car system von Faller zu nennen, dessen Lenkung realisiert wurde, indem sehr kleine Permanentmagneten der Spur eines in den Straßenbelag verlegten Stahldrahtes folgen und über eine Parallelogramm-Mechanik die Radlenker bewegen.

Neodym-Magnete

Die klassischen Materialien für Dauermagnete sind Eisen, Nickel und Kobalt. Sie galten lange Zeit in verschiedenen Legierungen als beste Magnete. Seit der Erfindung der Neodym-Magnete (korrekt: Neodym-Eisen-Bor-Magnete) sind deren magnetische Eigenschaften aber vergleichsweise gering. Ingenieurmäßig könnte man hier über Feldstärken und Flussdichten mit ihren sehr komplexen Vektorformeln fabulieren, doch für uns an der Modellbahn Interessierte reicht die Erkenntnis, dass Neodym-Magnete bei gleicher Größe das zigfache stärker sind als eiserne.

Das macht es für uns leichter, mit Magnetismus zu steuern, denn platzsparende Bauteile sind Modellbahners Freund.

Bild Neodym-Magnete

Typische Bauformen von Neodym-Magneten; bei quader- und scheibenförmigen Magneten können unterschiedliche Ausrichtungen bestehen .