Sexl Physik 7, Schulbuch

| 80 Der Hauptschlussmotor kann als Universalmotor mit Gleich- und mit Wechselstrom betrieben werden. Das Drehmoment lässt sich durch Änderung der Spannung re- geln. Untersuche, überlege, forsche: Einfacher Motor 80.1 80.1 zeigt einen Motor aus wenigen Teilen. Überlege, wie er funktioniert. Überle- ge, welche Bedingungen die einzelnen Teile erfüllen müssen. 80.1 Ein einfacher Motor aus nur vier Teilen: Batterie, zylindrischer Neodymmagnet, Schraube aus Eisen, Kupferdraht. 80.2 Das Magnetfeld der Erde hat seine Ursache im Erdinneren. Aus seiner Stärke an der Oberfläche lässt sich das Feld an der Grenze Erdkern-Mantel berechnen. Dieses Feld ist für die Jahre 1777 (oben) und 1980 (unten) berechnet. Man sieht, dass sich das Erdmagnetfeld mit der Zeit verändert. Stärke und Polarität sind durch unterschiedliche Farben dargestellt. S innerer Erdkern äußerer Erdkern Äquator 80.3 Magnetische Kraftlinien gehen vom äußeren Erdkern aus. In der Nähe der Süd- spitzen von Afrika und Südamerika weicht das Erdmagnetfeld beträchtlich von einem einfachen Dipolfeld (Feld eines Stabmagne- ten) ab. Die Erde als Generator – Ströme im Erdinneren als Ursache des Magnetfeldes Seit G ilBertS Erkenntnis, dass sich die Erde ähnlich wie ein Permanentmagnet verhält, wurden viele Theorien über das Erdmagnetfeld aufgestellt. Zunächst dachte man an einen Permanentmagneten im Erdinneren. Dem widersprach die Entdeckung, dass sich die Magnetpole mit der Zeit relativ zu den geografischen Polen verschieben, und dass bei der hohen Temperatur im Erdinneren Perma- nentmagnete ihre Magnetisierung verloren hätten. Das Feld muss durch elektrische Ströme hervorgerufen werden, die wahrschein- lich im äußeren Erdkern in etwa 3 000 km Tiefe fließen. Der Ohm’sche Wider- stand des Erdkerns aus Eisen und Nickel hätte diese Ströme aber bald aufgezehrt, würden sie nicht durch eine Induktionsspannung aufrecht erhalten: Wie in ei- nem Generator muss sich auch im Erdinneren ein Leiter durch ein Magnetfeld bewegen. Die im Leiter induzierte Spannung lässt einen Strom fließen, der wie- derum das Magnetfeld erzeugt. Strom und Magnetfeld bedingen einander nach dem Dynamoprinzip. Der bewegte elektrische Leiter ist flüssiges Eisen. Durch die hohe Temperatur des inneren Erdkerns ( 4000 °C ) „kocht“ der äußere Erdkern gewissermaßen, heiße Massen steigen auf, kühlere sinken in die Tiefe. Die dazu erforderliche Energie stammt vor allem aus dem Zerfall radioaktiver Elemente ( 238 U, 40 K). Eine überraschende Entdeckung war, dass sich im Lauf der Erdgeschichte Stärke und Richtung des Erdmagnetfeldes immer wieder geändert haben. An den ozea- nischen Rücken in der Mitte des Atlantik und Pazifik fließt Magma aus dem Erd- inneren, erstarrt und konserviert dabei Richtung und Stärke des Magnetfelds. Aus Proben dieses jungen Gesteins vom Meeresboden und aus vulkanischen Ge- steinen konnte die magnetische Geschichte der Erde für die letzten 75 Millionen Jahre rekonstruiert werden. Immer wieder wechselte die Richtung des Erdmag- netfelds. Während der Umpolung fehlt etwa 2000 Jahre lang das schützende Erd- magnetfeld und kosmische Strahlung dringt ungehindert auf die Erde. Vermutlich steigt durch die erhöhte Belastung mit ionisierender Strahlung die Mutationsrate. Wie dadurch die Entwicklung der Arten auf der Erde beeinflusst wurde, ist noch ungeklärt. Derzeit wird das Erdfeld schwächer. Auch die Planeten Merkur, Jupiter, Saturn und Neptun besitzen Magnetfelder. Am wichtigsten ist allerdings das Magnetfeld der Sonne mit dem Zyklus der Sonnen- flecken. Nur zu P üfzwecken – Eigentum des Verlags öbv