Es ist kein Vogel, kein Flugzeug oder sogar Superman; es ist ein Hochgeschwindigkeitszug. Eine Magnetschwebebahn schwebt über dem Boden und wird von leistungsstarken supraleitenden Elektromagneten mit Geschwindigkeiten von bis zu 300 Meilen pro Stunde angetrieben. Das Experimentieren mit Magnetschwebebahnmodellen und anderen Magnetschwebeprojekten ist eine gute Möglichkeit für Kinder, etwas über Magnetismus und Elektrizität zu lernen.
Schwimmende Büroklammern
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Ferromagnetismus ist eine natürliche Kraft, die durch die Bewegung der Elektronen entsteht. In den meisten Elementen sind die rotierenden Elektronen mit anderen Elektronen gepaart, die sich in entgegengesetzter Richtung bewegen. Bei einigen Metallen, wie zum Beispiel Eisen, bewegen sich die meisten ihrer Elektronen in die gleiche Richtung. Dadurch entsteht ein Feld aus magnetischen Kraftlinien, das mit Eisenspäne und einem Permanentmagneten demonstriert werden kann. Metalle, die von einem Magnetfeld angezogen werden, werden laut Georgia State University ferromagnetische Metalle genannt.
Eine Möglichkeit, die Anziehungskraft von Metallen durch ein Magnetfeld zu demonstrieren, ist das Experiment mit schwebenden Büroklammern. Der Schüler befestigt einen Permanentmagneten an einer Metallhalterung, die an einem Regal oder einer Kiste montiert ist. Er oder sie bindet dann ein Stück Schnur an eine Büroklammer und legt es unter den Magneten. Durch den Magneten hebt sich die Büroklammer und schwebt am Ende der Schnur. Die Kinder können die Stärke der magnetischen Anziehung testen, indem sie an der Schnur ziehen, um zu sehen, wie weit die Büroklammer vom Magneten entfernt schwebt.
Diamagnetische Levitation
Diamagnetismus ist magnetische Abstoßung. Graphit, einige Metalle wie Blei und Wismut und fast alle organischen Materialien sind diamagnetisch, weil sie magnetische Kräfte abstoßen. Alle organischen Materialien weisen eine schwache diamagnetische Kraft auf, die Magnetismus abstößt. Ein Experiment, das dies grafisch demonstriert, verwendet einen lebenden Frosch, der über einem starken Elektromagneten hängt, so das High Field Magnetic Laboratory.
Kinder können diamagnetische Abstoßung demonstrieren, indem sie ein Projekt bauen, das einen kleinen Seltenerdmagneten zwischen zwei Graphitplatten schweben lässt. Sie können die Teile für das Projekt als Bausatz kaufen oder selbst bauen. Zwei Stücke pyrolitisches Graphit sind auf einem Holzrahmen montiert und eine Reihe von preiswerten Ringmagneten wird darunter aufgehängt, um der Schwerkraft des Experiments entgegenzuwirken. Ein kleiner Seltenerdmagnet wird dann zwischen den Graphitplatten platziert, wo er schwimmt, wenn er vom Graphit abgestoßen wird.
Schwimmende Bleistifte
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Ein einfaches Projekt zur Demonstration der Magnetschwebetechnik verwendet sechs Ringmagnete, einen Bleistift und etwas Modelliermasse. Lassen Sie die Kinder vier der Ringmagnete mit etwas Modelliermasse auf einer ebenen Fläche befestigen. Stellen Sie sicher, dass die Magnete einen gleichen Abstand voneinander haben und die gleiche Polarität nach oben zeigen. Zwei Ringmagnete werden so auf den Bleistift gelegt, dass sie den gleichen Abstand haben wie die beiden Magnetpaare auf der ebenen Fläche. Befestigen Sie eine Spielkarte mit etwas Ton auf der Tischplatte hinter den Magneten, damit die Bleistiftspitze darauf liegen kann. Die Kinder können nun den Bleistift über den Ringmagneten platzieren und beobachten, wie er über der Tischplatte schwebt.
Schwebende Zugmodelle
Magnetfelder gleicher Polarität stoßen sich gegenseitig ab. Wenn Sie die Nordpole von zwei Magneten nahe beieinander platzieren, stoßen sie sich voneinander weg. Ein ähnliches Konzept ist in den Magnetschwebebahnen in Europa, Japan und China im Einsatz.
Mit einigen Streifenmagneten, PTFE-Band und Styropor können Kinder ihre eigenen Magnetschwebebahn-Modelle bauen. Die Streifenmagnete werden mit der gleichen Polarität nach oben auf ein Stück Polystyrolschaum geklebt und die Schiene wird von Wänden aus mehr Polystyrolschaum umgeben. Der Zug ist ein Stück Schaumstoff mit aufgeklebten Permanentmagneten mit der gleichen Polarität nach unten wie das Gleis nach oben. Stellen Sie den Zug über das Gleis und geben Sie ihm einen leichten Stoß, damit er über das Gleis gleitet. Das PTFE-Band entlang der Wände macht den Zug reibungsloser.