MINT lernen

Magnetfeld und Feldlinien

Zwei Aufgaben im Stil der schriftlichen Abiturprüfung — mit Operatoren und vollständigem Erwartungshorizont zur Selbstkontrolle.

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Feldlinienbild eines Stabmagneten

AFB I–II

In einem Schülerexperiment liegt ein Stabmagnet unter einer Glasplatte. Die Platte wird mit Eisenfeilspänen bestreut; nach leichtem Klopfen ordnen sich die Späne zu Ketten. Zeichnet man diese Ketten nach, so erhält man das Bild in Material M1.

An den drei Stellen P1, P2 und P3 wird zusätzlich je eine kleine Kompassnadel auf die Platte gelegt. Feldlinien sind dabei ein Modell: Man sieht sie nicht, man erschließt sie aus dem Verhalten der Späne und der Nadeln.

M1Feldlinienbild eines Stabmagneten mit drei Kompassnadeln
N S P1 P2 P3

Das Bild gibt die Lage der Eisenfeilspäne wieder: Jede Linie steht für eine Kette von Spänen. Bei den drei Kompassnadeln ist der Nordpol rot, der Südpol blau gezeichnet. Die Zahl der gezeichneten Linien ist frei gewählt — aussagekräftig ist nur, wie dicht die Linien an einer Stelle beieinanderliegen.

  1. Beschreiben Sie den Verlauf der Feldlinien in Material M1 außerhalb und innerhalb des Magneten. Geben Sie dabei an, wie die Richtung einer Feldlinie festgelegt ist.
  2. Geben Sie für die drei Punkte P1, P2 und P3 an, in welche Richtung der Nordpol der Kompassnadel jeweils zeigt, und begründen Sie Ihre Angabe für P3.
  3. Vergleichen Sie mithilfe von Material M1 die Stärke des Magnetfelds an den Punkten P1 und P2.
  4. Begründen Sie, dass sich zwei Feldlinien niemals schneiden können.
Hinweis zu Aufgabe a)
Achte auf drei Dinge: wo die Linien austreten und wo sie eintreten, wie es im Innern des Magneten weitergeht und ob die Linien irgendwo enden. Die Richtung ist über die Kompassnadel festgelegt.„Beschreiben“ verlangt Fachsprache, aber keine Begründung — es genügt, das Bild in Worte zu fassen.
Hinweis zu Aufgabe b)
Eine Kompassnadel stellt sich stets längs der Feldlinie ein, die durch ihren Ort läuft. Verfolge für P3 die Feldlinie, die unter dem Magneten entlangläuft, vom Nordpol aus mit dem Finger.
Hinweis zu Aufgabe c)
Im Modell steht die Liniendichte für die Stärke des Feldes. Zähle also nicht die Linien, sondern schau, wie eng sie beieinander liegen.
Hinweis zu Aufgabe d)
Nimm an, es gäbe einen Schnittpunkt, und überlege, was eine genau dort liegende Kompassnadel anzeigen müsste.