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Magnetismus,
[* 2] die Eigenschaft der Magnete (s. d.), Eisen [* 3] oder eisenhaltige Massen, in schwächerm Maße auch andere Metalle (s. unten) anzuziehen und festzuhalten. An dem als Mineral vorkommenden Magneteisenstein (s. d.) kannte man schon im Altertum die Eigenschaft, kleinere Stücke Eisen anzuziehen. Später entdeckte man, daß sich diese Eigenschaft auch einem Stahlstabe durch Bestreichen mit einem Magnetstein dauernd mitteilen ließ. Eine genauere Untersuchung lehrt nun, daß die von einem solchen Magneten auf das Eisen ausgeübte Anziehung an zwei Punkten desselben besonders stark ist, man bezeichnet dieselben als Pole.
Hängt man einen Magnet an einem Faden [* 4] derart auf, daß die magnetische Achse, d. i. die Verbindungslinie der beiden Pole, horizontal liegt, so kommt der Magnet, welcher sich um eine vertikale Achse dreht, nur in einer bestimmten Lage zur Ruhe, so nämlich, daß die magnetische Achse die Richtung von Norden [* 5] nach Süden einnimmt. Den bei dieser Stellung des Magneten nach Norden liegenden Pol nennt man Nordpol, den nach Süden gelegenen den Südpol. Hängt man einen Magnet auf die zuvor angegebene Weise an einem Faden auf, oder stellt man ihn auf einer Spitze drehbar auf und nähert die Pole eines zweiten Magneten den Polen des ersten langsam aus der Ferne, so erkennt man, daß die beiden Nordpole einander abstoßen und ebenso die beiden Südpole, während der Nordpol des einen Magneten den Südpol des andern und ebenso umgekehrt anzieht, so daß man das hierauf bezügliche Gesetz kurz so aussprechen kann: gleichnamige Pole stoßen sich ab, ungleichnamige Pole ziehen sich an. Denkt man sich die Erde als einen großen Magneten, so läßt sich die Richtung, die eine beweglich aufgehangene Magnetnadel nimmt, als eine Folge der magnetischen Wirkung der Erde auffassen (s. unten). Ein in die Nähe des Pols eines Magneten gebrachtes Stück Eisen wird, wie Äpinus um 1759 fand, ebenfalls magnetisch. (S. Induktion, [* 6] magnetische.)
Örsted gelang es 1820, durch elektrische
Ströme magnetische Wirkungen hervorzubringen (s. Elektro
magnetismus).
[* 7] Wenn man
ein magnetisches Stahlstäbchen genauer untersucht, so findet man, daß die magnetische Kraft
[* 8] von den
Polen aus gegen die Mitte zu abnimmt, in der Mitte selbst
Null ist
(Indifferenzgürtel). Die ganze zum Nordpol
¶
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gehörige Hälfte zeigt sich nordpolarisch, die ganze andere Hälfte südpolarisch. Zerbricht man jedoch einen solchen Stab [* 10] in der Mitte, so stellt jede Hälfte sofort wieder einen vollständigen Magneten dar, der an dem einen Ende einen Nord-, an dem andern einen Südpol und in der Mitte einen Indifferenzgürtel besitzt. In wie kleine Stücke man einen Magneten auch zerbrechen mag, immer zeigt sich dieselbe Erscheinung. Coulomb nahm (1789) zur Erklärung der magnetischen Erscheinungen zwei unwägbare (s. Imponderabilien) magnetische Flüssigkeiten (eine nördliche und eine südliche) an, die im Eisen und Stahl, solange sie nicht magnetisch, in jedem Teilchen in gleicher Menge miteinander verbunden wären.
Beim Magnetisieren derselben sollten dann diese beiden Flüssigkeiten in jedem Teilchen so geschieden werden, daß die nordmagnetischen Flüssigkeiten in allen Teilchen nach der einen, die südmagnetischen aber nach der entgegengesetzten Richtung gewandt wären; ein Übergang dieser Flüssigkeiten ans einem Eisen- oder Stahlteilchen in die andern benachbarten darf, wie der erwähnte Versuch über das Zerbrechen eines Magnetstabes zeigt, nicht angenommen werden und die magnetischen Flüssigkeiten verhalten sich also wie die elektrischen Flüssigkeiten in Nichtleitern der Elektricität.
Nur durch das Zusammenwirten aller nach einer Seite wirkenden nordmagnetischen Flüssigkeiten erhält das an dieser Seite gelegene Ende des Stabes einen Nordpol und dnrch das Zusammenwirken aller nach der entgegengesetzten Seite gerichteten südmagnetischen Flüssigkeiten dieses letztere Ende einen Südpol. Im weichen Eisen steht dieser Scheidung der beiden Flüssigkeiten kein Hindernis entgegen, aber auch ebenso wenig ihrer Vereinigung, wenn sie geschieden waren.
Daher nimmt das Eisen in der Nähe eines Magneten sogleich einen starken an, verliert ihn aber augenblicklich wieder, sobald es von ihm entfernt wird. Im Stahl dagegen tritt dieser Scheidung und ebenso der Wiedervereinigung der beiden Flüssigkeiten ein um so größeres Hindernis entgegen, je härter derselbe ist; man nennt diesen Widerstand des Eisens und Stahls gegen das Magnetischwerden und Entmagnetisieren Koercitivkraft oder Retentionskraft (nach Lamont). Je kohlenfreier und weicher das Eisen, desto kleiner ist die Koercitivkraft; je härter der Stahl, desto größer ist seine Koercitivkraft. Um einen harten Stahlstab zu magnetisieren, bedarf man daher der Einwirkung eines starken Magneten; aber auch nach der Entfernung des letztern bleibt der Stahlstab magnetisch.
Später ersetzten die Gegner unwägbarer Materien oder Fluida diese Hypothese durch die Annahme, jeder
Magnet entstehe aus fertigen, wirr durcheinander liegenden Elementchen, die alle durch das Magnetisieren mit ihren gleichnamigen
Polen nach derselben Richtung gedreht werden, und zwar um so leichter, je kleiner die Koercitivkraft der Materie ist. Als durch
Örsted 1820 ein Zusammenhang zwischen der magnetischen und elektrischen Kraft nachgewiesen war, ging
schon im folgenden Jahre Ampere noch einen Schritt weiter und zeigte, daß alle magnetischen Erscheinungen sich erklären
lassen, wenn man elektrische Ströme annimmt, die jedes Teilchen senkrecht zur Längsachse des Magneten umkreisen. (S. Elektro
magnetismus
und Elektrodynamik.)
[* 11] Die unter dem Namen
Magnetismus zusammengefaßten Wirkungen übt
ein Magnet nicht nur auf Eisen
und Stahl, sondern auch auf einige andere Metalle, wie Nickel, Kobalt, Mangan u. s. w., aus; man nennt daher diese Metalle,
die von einem Magneten zufolge des in ihnen hervorgerufenen
Magnetismus angezogen werden, magnetische Metalle (Paramagnete).
Ein Magnet übt außerdem auch auf gewisse Körper, z. B. Wismut, Antimon, Zink, Zinn u. s. w., Abstoßung
aus; man bezeichnet dieselbe mit dem Namen des Dia
magnetismus
[* 12] (s. d.). Diese diamagnetische Einwirkung wird auch
noch sichtbar durch die Drehung der Polarisationsebene, die ein polarisierter Lichtstrahl bei seinem Gange durch einen zwischen
den Polen eines Magneten angebrachten durchsichtigen Körper erleidet. In Deutschland
[* 13] haben sich um die
Lehre
[* 14] vom
Magnetismus außer A. von Humboldt, Gauß und W. Weber auch noch Plücker, Wiedemann u. a. verdient gemacht. - Über den sog.
Lebensmagnetismus s. Tierischer Magnetismus.
Magnetismus der Erde, Erd
magnetismus, die magnetische Kraft der Erde. Wird an einem beliebigen Punkt der Erdoberfläche eine
Magnetnadel frei aufgehängt, so nimmt sie stets eine ganz bestimmte Richtung an und kehrt, wenn sie aus
dieser Richtung abgelenkt wurde, mit mehr oder weniger intensiven Schwingungen allmählich in dieselbe zurück. Es kann nur
die Erde selbst sein, die der sich überlassenen Magnetnadel mit einer gewissen Kraft oder Intensität die Richtung
anweist.
Die Erde erscheint hiernach als ein gewaltiger Magnet. Da nun die ungleichnamigen Magnetpole sich anziehen, während die gleichnamigen sich abstoßen, und da der Nordpol jeder Magnetnadel immer nach Norden weist, so ist der magnetische Südpol der Erde in nördl. Gegenden derselben, der magnetische Nordpol in südlichen zu suchen. Doch bezeichnet der Sprachgebrauch längst den magnetischen Pol der nördl. Halbkugel als den nördlichen und umgekehrt. Die Richtung einer um eine Vertikalachse drehbaren Magnetnadel fällt im allgemeinen nicht mit der des astron.
Meridians des Beobachtungspunktes zusammen, sie bildet vielmehr mit ihr einen Winkel, [* 15] der Abweichung, Deklination oder auch Variation der Magnetnadel genannt wird. Werden die Punkte, wo die Deklination denselben Winkelwert besitzt, durch Kurven miteinander verbunden, so überzieht sich die Erdoberfläche mit einem System sog. isogonischer Linien oder Isogonen und zerfällt in Gebiete östl. und westl. Deklination, je nachdem die Deklination nach Ost oder West vom astron. Meridian abweicht. Die Grenzlinien dieser Gebiete, wo die Deklination den Wert Null annimmt, heißen Agonen oder Nullisogonen. - Eine durch die Längsachse der ruhenden Magnetnadel gelegte Vertikalebene schneidet auf der Erdoberfläche die Linie des magnetischen Meridians aus.
Indem man wie üblich den Äquator in 360 Grade teilt und von jedem Teilpunkte mit der Magnetnadel polwärts rückt, erhält man das System der magnetischen Meridiankurven. Läßt man endlich die Magnetnadel in der Meridianebene um eine horizontale Achse pendeln, so neigt sie sich in der Ruhelage um einen bestimmten Winkel polwärts unter die Horizontallinie; dieser Winkel heißt die magnetische Inklination oder Neigung. Die Verbindungslinien aller Punkte der Erde mit gleicher Inklination heißen isoklinische Linien oder Isoklinen. Die Linie, längs der die nördl. Inklination in die südliche übergeht, also den Wert ¶
mehr
Null hat, heißt Akline, Nullisokline oder magnetischer Äquator. All diese Linien weichen von denen des astron. Gradnetzes mehr oder weniger ab. Während die Isogonen und die magnetischen Meridiane nach den Magnetpolen der Erde konvergieren, werden diese Punkte von den Isoklinen nach Art der Breitenkreise umschlossen. Bei größerer Annäherung an die Pole neigen sich die Magnetnadeln immer steiler, in den Polen selbst stehen sie schließlich senkrecht. Der magnetische Nordpol ist 1831 von Roß aufgefunden worden in 70° 5,3' nördl. Br. und 96° 45,3' westl. L. von Greenwich auf der Halbinsel Boothia Felix.
Die Lage des magnetischen Südpols ist für dieselbe Zeit annähernd berechnet auf 75° 5,0' südl.
Br. und 154° 8,0' östl. L., für die Gegenwart werden beide Punkte angenommen in 70° 30'
nördl. Br. und 97° 40' westl. L. oder in 73° 39' südl. Br. und 146° 15' östl. L. (S. Karte der Nordpolarländer.)
[* 17] Sie
zeigen also in sechs Jahrzehnten eine sehr beträchtliche Lagenveränderung, die Hand
[* 18] in Hand geht mit
den säkularen Veränderungen der Deklination, Inklination und Intensität, die alle in langen Perioden langsam und stetig
andere Werte annehmen, ohne daß für diese Verschiebungen eine Gesetzmäßigkeit bis jetzt zu erkennen wäre, wie überhaupt
der Erd
magnetismus bis zur Stunde eins der wenigst abgeschlossenen und klaren Wissensgebiete bildet. Es
hatte z. B. in Paris
[* 19] die Deklination 1580 eine östl. Ausweichung von 9° 30'; 1660 hatte sie den Wert Null, 1700 war sie 8°
westlich; 1810 hatte sie mit 22° 18' den größten Wert erreicht, seither nimmt sie jährlich um 7,4' ab und beträgt
gegenwärtig noch etwas über 15° westlich.
Ähnliches gilt für alle Punkte der Erde, ähnliches auch für die Inklination, die z. B. in Deutschland gegenwärtig jährlich um 1,2 bis 1,8' abnimmt und für die Intensität, d. h. die Stärke, [* 20] mit der die frei aufgehängte Magnetnadel durch die ganze Kraftäußerung der Erde angezogen und in bestimmte Lage versetzt wird. Diese Totalintensität T, die sich in eine Horizontalkomponente H und in eine Vertikalkomponente Z zerlegen läßt, ist, wenn i den Inklinationswinkel bezeichnet, bestimmt durch die Beziehungen T = Z:sin i = H:cos i, und schon hieraus ergiebt sich, daß auch sie säkulare Veränderungen erleidet, und daß also auch die Linien, die Punkte gleicher Intensität verbinden, die isodynamischen Linien oder Isodynamen, sich im Laufe der Zeit verschieben.
Die sämtlichen magnetischen Elemente unterliegen daneben auch noch täglichen Variationen, die mit den Erwärmungsphasen der Erde in der Weise zusammenzuhängen scheinen, daß sie größer werden, wenn Sonnendeklination und geogr. Breite [* 21] des Beobachtungsortes gleichnamig sind, also z. B. in unserm Nordsommer; dann giebt es Lunarvariationen und etwa elfjährige Perioden, offenbar entsprechend derjenigen der Sonnenflecken; endlich zeigen sich sehr häufig ganz unregelmäßige, oft sehr heftige Störungen (magnetische Gewitter), die nicht selten mit elektrischen Entladungen und Polarlichtern zusammenfallen.
Auch lokal treten oft an ganz benachbarten Stellen der Erdoberfläche die größten Verschiedenheiten der magnetischen Erscheinungen auf, so z. B. im Harz, im vulkanischen Kaiserstuhl [* 22] der Rheinebene und an andern Orten, wo Punkte, die nur wenige Schritte auseinander liegen, sich magnetisch ganz verschieden verhalten. Zum Studium der magnetischen Erscheinungen, besonders der Deklination, deren Änderung Columbus 1492 entdeckte, diente früher das Deklinatorium von Gambey, das später durch Gauß' Magnetometer [* 23] (s. d.) ersetzt wurde.
Jetzt hat man, hauptsächlich auch für die Zwecke der so dringend notwendigen magnetischen Landesdurchforschungen, ziemlich
einfache, leicht tragbare magnetische Reisetheodolite. Dem Studium der Inklination dient das Inklinatorium. Trotz vieler und
räumlich weit ausgedehnter Forschungen auf Land- und Seereisen (z.B. gelegentlich der Challenger-Expedition,
auf den internationalen Polarforschungsstationen 1882-83 u. s. w.) ist weder ein Zusammenhang
des
Magnetismus der Erde mit der Gesteinshülle noch sonst eine Erklärung der Erscheinungen gewonnen worden, wenn
auch schon 1833 Gauß berechnet hat, daß es zur Hervorbringung der gesamten magnetischen Kraftäußerung auf der Erde
nötig sei, im Innern der Erde 8464 Trillionen je ein Pfund schwerer Magnetstäbe mit parallel gerichteten magnetischen Achsen
oder auf je einen Kubikmeter der Erdmasse acht solcher Stäbe anzunehmen, deren Achse (1830) von 77° 50' nördl. Br. und 116°
29' westl. L. nach 77° 50' südl. Br. und 116° 29' östl. L. gerichtet sein müßte; für die Gegenwart
wäre auch eine Verschiebung dieser Zahlen anzunehmen.
Vgl. Maxwell, Lehrbuch der Elektricität und des
Magnetismus (deutsch von Weinstein, 2 Bde., Berl. 1883);
Kleyer, Lehrbuch des
Magnetismus und des Erdmagnetismus (Stuttg. 1885);
Mascart und Joubert, Lehrbuch der Elektricität und des
Magnetismus (deutsch
von Levy, 2 Bde., Berl.
1886-87);
Vogt, Wesen der Elektricität und des
Magnetismus, Tl. 1 (Lpz. 1891);
Joh. Müller, Die Lehre von der Elektricität und dem
Magnetismus (Mittweida 1893);
Benischke,
Magnetismus und Elektricität mit Rücksicht auf die Bedürfnisse der Praxis (Berl.
1896).
Über Erd
magnetismus: Gauß, Intensitas vis magneticae terrestris ad mensuram absolutam revocata (Gött.
1833);
Lamont, Handbuch des Erdmagnetismus (Berl. 1849);
ders., Astronomie [* 24] und Erdmagnetismus (Stuttg. 1851);
Neumayr, Über das gegenwärtig zur Verfügung stehende erd- und weltmagnetische Material (in den «Verhandlungen des 8. Deutschen Geographentags», Berl. 1889);
Eschenhagen, Erdmagnetismus (in der «Anleitung zur deutschen Landes- und Volksforschung», hg. von Kirchhoff, Stuttg. 1889);
Neumayr, Atlas [* 25] des Erdmagnetismus (mit Text, in Berghaus' «Physik. Atlas», Gotha [* 26] 1891).
Seit 1896 erscheint in Chicago vierteljährlich die Zeitschrift Terrestrial magnetism.