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Aufbau und Funktion eines Kompasses


Ohne einen Kompass wären in der frühen Neuzeit viele Endteckungen geographischer Art nicht möglich gewesen. Obwohl ein Kompass eine einfache mechanische Vorrichtung ist, mit einer drehbaren Nadel, stecken doch viele "interessante" naturwissenschaftliche Fakten hinter dem Thema "Kompass". Die Nadel des Kompasses ist magnetisiert und zeigt daher mit ihrem magnetischen Nordpol auf den magnetischen Südpol der Erde. Die erste interessante Tatsache an der Funktionsweise ist, dass der magnetische Nordpol der Kompassnadel zum geographischen Norden zeigt (und nicht nach Süden).


Allgemeines über Magnetismus - Wiederholung 

In den bisherigen Kapiteln wurde die "magnetische Wirkung" und das "Erdmagnetfeld" vorgestellt. Diese beiden physikalischen Phänomene sollten bekannt sein, um den Aufbau und die Funktion eines Kompasses zu verstehen.

Jeder Magnet, auch die magetisierte Nadel eines Kompasses, hat zwei unterschiedliche Pole, die nicht voneinander trennbar sind. Diese beiden Pole werden als Nord- und Südpol bezeichnet. Die magnetische Wirkung ist jeweils am Pol am stärksten. Ähnlich wie geladenen Teilchen, ziehen sich bei Magneten auch (nur) unterschiedliche Pole an, das heißt der Südpol eines Magneten zieht den Nordpol eines anderen Magneten an und umgekehrt. Liegen Nordpole zweier Magneten nahe nebeneinander, stoßen sich diese ab. Die Erde besitzt auch ein magnetisches Feld, wobei die magnetische Wirkung den Polen hin verstärkt ist. Daher richtet sich eine magnetische Kompassnadel immer daher in Richtung der (magnetischen) Pole aus.


Das Erdmagnetfeld - die Basis für den Kompass

Auch die Erde verfügt über zwei magnetische Pole, wodurch das sogenannte Erdmagnetfeld aufbaut wird. Daher umgibt uns ständig ein  Magnetfeld. Wie bereits in dem Kapitel "Erdmagnetfeld" erwähnt, hat zwar die Erde auch einen magnetischen Nord- und Südpol, diese dürfen aber nicht mit dem geographischen Nord- bzw. Südpol gleichgesetzt werden. Eher im Gegenteil - der magnetische Nordpol liegt am geographischen Südpol der Erde und der magnetische Südpol liegt am geographischen Nordpol.

Dieses Erdmagnetfeld bildet nun die Basis für den Aufbau eines Kompasses, so richtet sich jeder Magnet in einem Magnetfeld (bzw. den magnetischen Feldlinien) entsprechend aus. Daher verwendet man für einen Kompass auch eine magnetisierte Eisennadel, die in einem Gehäuse frei beweglich "eingebaut wird". Die magnetisierte Eisennadel des Kompasses verhält sich nun wie ein Magnet und richtet sich entsprechend der magnetischen Feldlinien des Erdmagnetfeldes aus. Bei der Konstruktion eines Kompasses ist besonders wichtig, dass die Eisennadel leicht drehbar ist und keine (große) Reibung beim Drehen der Nadel auftritt.

Ist dies der Fall, richtet sich die magnetisierte Eisennadel des Kompasses entlang der magnetischen Feldlinien des Erdmagnetfeldes aus (Voraussetzung hierbei, dass der Kompass waagrecht aufgebaut wird). Dabei richtet sich der Nordpol der Eisennadel so aus, dass er in Richtung des magnetischen Südpols der Erde zeigt (einfach gesagt, wird der Nordpol der Nadel vom Südpol des Erdmagnetfeldes angezogen). Da der magnetische Südpol dem geographischen Nordpol entspricht, zeigt der Nordpol der magnetisierten Eisennadel eines Kompasses in Richtung Norden. Daher kann man sich mit einem Kompass auch auf der Erde orientieren. Der Kompass ist eine "mechanische" Vorrichtung, die es uns erlaubt, ohne weitere Orientierungspunkte die vier Himmelsrichtungen zu bestimmen.

Wie bedient man einen Kompass

Die Bedienung eines Kompasses ist relativ einfach. Dies liegt zum einen daran, es es (nur) die vier Himmelsrichtungen Nord, Ost, Süd und West gibt. Auch wenn es inzwischen eine Vielzahl unterschiedlicher Arten eines Kompasses gibt, funktionieren alle nach demselben Prinzip (eine magnetisierte Nadel, die sich im Magnetfeld der Erde ausrichtet).

Damit ein Kompass korrekt funktioniert, muss dieser flach (auf einer Handfläche oder einem sonstigen Gegenstand) und waagrecht liegen. Liegt ein Kompass schief, so wird die Ausrichtung der magnetischen Nadel gestört. Nun drehen wir den Kompass etwas und achten auf die magnetisierte Nadel. Diese sollte nun in eine Richtung schwingen.Anschließend muss der Kompass noch ausgerichtet werden. Dazu empfiehlt es sich aber ein Video auf Youtube anzusehen.

Hinweise: 

  • Der magnetische Südpol und der geographische Nordpol der Erde sind nicht exakt identisch, d.h. am gleichen Ort.fallen. Allerdings liegen die beiden Pole "so nah" beieinander, dass die Funktion eines Kompasses dadurch nicht beeinträchtigt wird.
  • Ein Kompass ist kein "unfehlbares" Messinstrument. So kann ein Kompass durch verschiedene (physikalische) Umwelteinflüsse in seiner Funktion gestört werden. Ein Beispiel ist das "Unterschreiten" von Hochspannungsleitungen Gehen wir unter einer Hochspannungsleitung durch, wird der Kompass bzw. die Kompassnadel durch das Magnetfeld das durch den Stromfluss entsteht beeinflusst. Dies liegt daran, dass wenn elektrischer Strom durch eine Leitung fließt, bildet sich ein Magnetfeld. Dieses Magnetfeld nun "tritt" in Wechselwirkung mit der magnetischen Kompassnadel.