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Das Magnetfeld der Erde

Allgemeines:

In einem vorherigen Kapitel haben wir uns mit Dauermagneten beschäftigt. Dauermagnete sind ferromagnetische Stoffe (z.B. Eisen), die irgendwann in einem Prozess magnetisiert worden. Da auf der Erdoberfläche (und im Inneren der Erde) viel Eisen bzw. Eisenverbindungen vorhanden sind, könnte man meinen, die Erde (als gesamtes) wirkt als Magnet. Da das Magnetfeld der Erde ziemlich schwach ist, bemerken wir im Alltag die magnetische Wirkung des Erdmagnetfeldes, aber ein Kompass zeigt uns, dass die Erde ein Magnetfeld besitzt mit zwei magnetischen Polen.

Das Magnetfeld der Erde:

Wie eingangs erwähnt, weist die Erde ein Magnetfeld auf, dessen "Wirkung" aufgrund der Stärke des Magnetfeldes mit ca. 50 Mikrotesla relativ gering. Diese magnetische Kraft spüren wir Menschen im Alltag nicht direkt, aber dass Magenfeld der Erde reicht aus, um eine frei bewegliche, magnetisierte Eisennadel zu bewegen bzw. entsprechend des Verlaufes der Feldlinien des "Erdmagneten" ausrichten.

Ein Dauermagnet, den man mit der Erde durchaus vergleichen kann, entsteht aus einen magnetisierten, ferromagnetischen Stoff (Eisen). Daher könnte man im ersten Moment vermuten, dass die Erde ähnlich wie ein Dauermagnet "funktioniert". Wie eingangs beschrieben, existieren auf der Erdoberfläche viele Eisenverbindungen und darüber hinaus befindet sich im Erdinneren einen Kern aus Eisen.

Im Kapitel "Aufbau von Magneten" wurde erwähnt, dass eine Entmagnetisierung eines Dauermagneten durch starkes Erhitzen erreicht werden kann (Erhitzen über die Curietemperatur). Da der Eisenkern der Erde eine Temperatur aufweist, der über der Curietemperatur (glühender Zustand), kann das Eisen keine magnetische Wirkung ausüben. Selbst wenn im Erdinneren das Eisen einmal eine magnetische Wirkung aufgewiesen hätte, durch das starke Erhitzen würde das Eisen seine Eigenschaften als Dauermagnet verlieren.

Somit kann also die Erde kein "Dauermagnet" sein, womit wir eine andere Erklärung finden müssen, weshalb die Erde über ein Magnetfeld verfügt. Eine  naheliegende Erklärung, die wir auch ähnlich aus dem Alltag kennen", ist eine Wirkung ähnlich eines Fahrraddynamos, der Bewegungsenergie in elektrische Energie umwandelt. Und wie wir aus dem Kapitel "Aufbau von Magneten - Elektromagnete" wissen, verursacht jeder Strom, der durch einen elektrischen Leiter fließt, ein Magnetfeld.

Nun ist die Frage aber, wie es zu der Bewegung im Erdinneren kommt, die ähnlich -wie  bei einem Dynamo" Energie erzeugen kann. Wie vor ein paar Zeilen geschrieben, finden wir im Erdinneren (aufgrund der hohen Temperatur) nur Eisen in Form von flüssigen Metall vor. Neben dem Eisen finden sich noch weitere Metall (wie z. B. Nickel), die ebenfalls als "Flüssigkeit" vorliegen. Wie aber kommt nun eine Bewegung zustande?

Die Bewegung des flüssigen Metalls kannst du dir vorstellen, wie wenn ein Tropfen auf eine heiße Herdplatte tropft, und da wird nicht nur einen Tropfen an flüssigen Metall, sondern "ziemlich viel" bildet sich eine Strömung innerhalb der Flüssigkeit aus, heißes Metall (das bildlich übertragen die heiße Herdplatte berührt) strömt vom Erdkern nach oben und "kühlt" sich dabei ab, so entsteht ein Kreislauf  (ähnlich Wasser, das heiße Wasser auf einer Herdplatte verdampft und steigt als Wasserdampf nach oben, kühlt sich dort ab, bildet flüssiges Wasser und "fällt aufgrund der Schwerkraft" wieder zu Boden). 

Da du möglicherweise das Prinzip eines Dynamos kennst oder hier bei Lernort-Mint nachgelesen hast, fragst du dich, wie denn nun eine "Schraubenbewegung" entsteht. Das in den letzten Zeilen beschriebe Modell beinhaltet nirgends eine richtige Schraubenbewegung. Diese Schraubenbewegung entsteht durch die Erdrotation. Durch diese Rotation im die Erdachse sorgt dafür, dass die Strömungen im Erdkern durch diese Drehungen wie schraubenförmig verdreht werden.

Damit haben wir nun geklärt, wie das Magnetfeld entsteht. Dieses Magnetfeld entsteht ähnlich wie bei einem Fahrraddynamo dadurch, dass Bewegungeenergie in elektrische Energie umgewandelt wird und elektrische Energie ein Magnetfeld induziert (siehe hierzu bei Lernort-Mint "magnetische Induktion" und "Funktionsweise eines Dynamos".


Nun wissen wir also, wie das Magnetfeld der Erde entsteht und das sich dieses ähnlich ein Dauermagnet verhält. Allerdings sollte man nie vergessen, dass
die magnetischen Pole des Magnetfeldes nicht dem geographischen Nord- und Südpol entsprechen.  Die geographischen Pole sind nach der Himmelsrichtung benannt, die magnetischen Pole sind nach der Richtung der Magnetfeldlinien benannt.

Wiederholung: Dort wo die magnetischen Feldlinien eines Magneten senkrecht in den Magneten hinein führen, ist der magnetische Südpol. Dies ist bei der Erde genau umgekehrt, der magnetische Südpol liegt in der Nähe des geographischen Nordpols (siehe Skizze)

Erdmagnetfeld




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