Das Magnetfeld der Erde

Diesen aiMOOC als Battle spielen: Geschichte, Klasse 9-10, G-Niveau

Einleitung

Die Erde ist von einem unsichtbaren Magnetfeld umgeben. Es wirkt ähnlich wie das Feld eines großen Stabmagneten. Das Feld hilft bei der Orientierung mit einem Kompass und schützt die Erde vor vielen geladenen Teilchen aus dem Weltall.

Vereinfachtes Modell des Erdmagnetfelds

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In diesem aiMOOC lernst Du, wie das Erdmagnetfeld entsteht, wie ein Kompass funktioniert und warum Polarlichter mit dem Magnetfeld zusammenhängen.

Lernbereiche

1. Magnetismus: Aufbau und Wirkung magnetischer Felder
2. Geophysik: Entstehung des Erdmagnetfelds im Erdinneren
3. Astronomie: Sonnenwind, Magnetosphäre und Polarlichter
4. Navigation: Orientierung mit dem Kompass

Entstehung des Erdmagnetfelds

Im äußeren Erdkern befindet sich sehr heißes, flüssiges Metall. Es besteht vor allem aus Eisen und Nickel. Das Metall bewegt sich ständig.

Da das flüssige Metall elektrischen Strom leitet, entstehen durch seine Bewegung elektrische Ströme. Diese Ströme erzeugen das Erdmagnetfeld. Dieser Vorgang heißt Geodynamo.

Bewegungen im äußeren Erdkern erzeugen das Magnetfeld

Computermodell des Erdmagnetfelds

Merksatz: Bewegtes, elektrisch leitendes Metall im äußeren Erdkern erzeugt das Erdmagnetfeld.

Feldlinien und Magnetpole

Feldlinien zeigen die Richtung und Form eines Magnetfelds. Beim vereinfachten Modell verlaufen sie außerhalb der Erde in großen Bögen von einem Magnetpol zum anderen.

Die magnetischen Pole liegen nicht genau an den geografischen Polen. Ihre Lage verändert sich langsam. Deshalb zeigt ein Kompass nicht überall genau zum geografischen Nordpol.

Der Kompass

Eine Kompassnadel ist ein kleiner Magnet. Sie dreht sich so, dass sie ungefähr in Nord-Süd-Richtung liegt.

Der markierte Nordpol der Kompassnadel zeigt ungefähr zum geografischen Norden. Physikalisch befindet sich dort ein magnetischer Südpol der Erde. Im Alltag wird die Region trotzdem oft als magnetischer Nordpol bezeichnet.

Eine Kompassrose zeigt die Himmelsrichtungen

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Magnetosphäre und Sonnenwind

Die Magnetosphäre ist der Raum um die Erde, in dem das Erdmagnetfeld wirkt. Sie wird auf der Sonnenseite zusammengedrückt und auf der Nachtseite lang gestreckt.

Der Sonnenwind besteht aus schnellen, elektrisch geladenen Teilchen von der Sonne. Das Erdmagnetfeld lenkt viele dieser Teilchen ab. Es ist deshalb ein wichtiger Schutzschild für die Erde.

Animation der Magnetosphäre im Sonnenwind

Eine Teilchenwolke der Sonne trifft auf das Erdmagnetfeld

Polarlichter

Einige Teilchen des Sonnenwinds werden entlang der Feldlinien in Richtung der Polargebiete gelenkt. Dort stoßen sie mit Teilchen der Atmosphäre zusammen. Dabei entsteht farbiges Licht: ein Polarlicht.

Polarlicht in Schweden

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Veränderungen des Erdmagnetfelds

Das Erdmagnetfeld ist nicht völlig gleichbleibend. Seine Stärke und die Lage seiner Pole verändern sich. In der Erdgeschichte haben Nord- und Südpol sogar mehrfach ihre magnetische Rolle getauscht. Das nennt man Polumkehr.

Eine Polumkehr geschieht nicht plötzlich an einem einzigen Tag. Sie läuft über einen langen Zeitraum ab.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was umgibt die Erde wie ein unsichtbarer Schutzschild? (Das Erdmagnetfeld) (!Die Erdkruste) (!Der Mondschatten) (!Die Ozonschicht allein)

Wo entsteht der größte Teil des Erdmagnetfelds? (Im flüssigen äußeren Erdkern) (!In den Ozeanen) (!In der Erdkruste allein) (!In der Atmosphäre)

Welche Stoffe kommen im äußeren Erdkern besonders häufig vor? (Eisen und Nickel) (!Holz und Kunststoff) (!Sauerstoff und Wasserstoff) (!Sand und Kalk)

Was ist eine Kompassnadel? (Ein kleiner Magnet) (!Ein elektrischer Motor) (!Ein Thermometer) (!Ein Lichtstrahl)

Was zeigen magnetische Feldlinien? (Richtung und Form eines Magnetfelds) (!Die Temperatur der Erde) (!Die Höhe der Wolken) (!Die Geschwindigkeit des Schalls)

Woraus besteht der Sonnenwind? (Aus geladenen Teilchen) (!Aus flüssigem Wasser) (!Aus Gesteinsbrocken) (!Aus Schallwellen)

Wie heißt der vom Erdmagnetfeld bestimmte Raum um die Erde? (Magnetosphäre) (!Troposphäre) (!Hydrosphäre) (!Biosphäre)

Wo treten Polarlichter besonders häufig auf? (In den Polargebieten) (!Am Äquator allein) (!Nur in Wüsten) (!Nur unter Wasser)

Liegen magnetische und geografische Pole genau am selben Ort? (Nein sie liegen nicht genau am selben Ort) (!Ja sie sind immer völlig gleich) (!Nur der Südpol ist gleich) (!Nur im Sommer sind sie gleich)

Kann sich das Erdmagnetfeld mit der Zeit verändern? (Ja seine Stärke und Richtung können sich verändern) (!Nein es bleibt immer völlig gleich) (!Nur bei Regen) (!Nur während einer Sonnenfinsternis)

Memory

Erdkern	Ursprung des Geodynamos
Magnetosphäre	Schutzraum um die Erde
Sonnenwind	Geladene Teilchen von der Sonne
Kompassnadel	Richtet sich am Magnetfeld aus
Polarlicht	Leuchten in den Polargebieten
Feldlinie	Zeigt den Verlauf des Feldes
Polumkehr	Wechsel der magnetischen Richtung

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Bedeutung
Äußerer Erdkern	Bereich mit bewegtem flüssigem Metall
Geodynamo	Entstehung des Erdmagnetfelds durch leitfähige Strömungen
Magnetosphäre	Vom Erdmagnetfeld geprägter Raum
Kompass	Gerät zur Bestimmung der Himmelsrichtung
Polarlicht	Leuchten durch Teilchen in der Atmosphäre

Kreuzworträtsel

Magnetfeld	Welches unsichtbare Feld umgibt die Erde?
Erdkern	In welchem inneren Bereich der Erde entsteht das Feld?
Kompass	Welches Gerät zeigt ungefähr nach Norden?
Sonnenwind	Wie heißt der Strom geladener Teilchen von der Sonne?
Polarlicht	Wie heißt das farbige Leuchten nahe den Polen?
Feldlinien	Was zeigt Richtung und Form eines Magnetfelds?

Lückentext

Vervollständige den Text.

Die Erde ist von einem umgeben. Der größte Teil dieses Feldes entsteht im . Dort bewegt sich heißes und flüssiges . Der Vorgang zur Entstehung des Feldes heißt . Eine Kompassnadel richtet sich am aus. Der Strom geladener Teilchen von der Sonne heißt . Der magnetisch geprägte Raum um die Erde heißt . Zusammenstöße von Teilchen in der Atmosphäre können ein erzeugen.

Offene Aufgaben

Leicht

1. Feldlinien zeichnen: Zeichne die Erde und trage einfache Feldlinien ein.
2. Kompass beobachten: Untersuche, in welche Richtung eine Kompassnadel zeigt, und notiere Deine Beobachtung.
3. Begriffskarte gestalten: Erstelle eine kleine Karte mit den Begriffen Erdmagnetfeld, Erdkern, Kompass und Sonnenwind.
4. Polarlichtbild erklären: Suche auf Wikimedia Commons ein Polarlichtbild und schreibe eine kurze Bildbeschreibung.

Standard

1. Kompassversuch planen: Untersuche, wie ein Magnet die Anzeige eines Kompasses verändert.
2. Modell vergleichen: Vergleiche das Erdmagnetfeld mit einem Stabmagneten und nenne eine Stärke sowie eine Grenze des Modells.
3. Erklärvideo erstellen: Produziere ein einminütiges Video zur Entstehung des Erdmagnetfelds.
4. Schutzschild darstellen: Gestalte ein Plakat, das zeigt, wie die Magnetosphäre den Sonnenwind ablenkt.

Schwer

1. Deklination untersuchen: Erkläre, warum Kompassnord und geografischer Norden nicht überall genau übereinstimmen.
2. Polumkehr recherchieren: Erstelle eine sachliche Infografik über magnetische Polumkehrungen.
3. Weltraumwetter bewerten: Untersuche, wie starke Sonnenaktivität Satelliten, Funk und Stromnetze beeinflussen kann.
4. Geodynamo modellieren: Entwickle ein Modell oder eine Animation, die Bewegung, elektrische Ströme und Magnetfeld miteinander verbindet.

Lernkontrolle

1. Störung erklären: Ein Kompass liegt neben einem starken Lautsprecher. Er zeigt nicht mehr nach Norden. Erkläre die Ursache und schlage eine Lösung vor.
2. Schutzwirkung beurteilen: Beschreibe, was sich für die Erde verändern könnte, wenn das Erdmagnetfeld deutlich schwächer wäre.
3. Modell anwenden: Erkläre mit dem Stabmagnet-Modell, warum Feldlinien an den Polen dichter liegen.
4. Ursachenkette bilden: Stelle den Weg vom Sonnenwind bis zum Polarlicht als zusammenhängende Ursache-Wirkungs-Kette dar.
5. Navigation bewerten: Begründe, warum ein Kompass allein für eine sehr genaue Navigation nicht immer ausreicht.
6. Energie und Bewegung verknüpfen: Erkläre, warum Bewegung von leitfähigem Material für die Entstehung eines Magnetfelds wichtig ist.

Lernnachweis

1. Aufbau erklären: das Erdmagnetfeld mit einem einfachen Modell beschreiben.
2. Entstehung erklären: die Rolle des flüssigen äußeren Erdkerns darstellen.
3. Anwendung erklären: die Ausrichtung einer Kompassnadel begründen.
4. Schutzwirkung erklären: den Zusammenhang zwischen Sonnenwind und Magnetosphäre erläutern.
5. Zusammenhang darstellen: die Entstehung von Polarlichtern in einer Ursache-Wirkungs-Kette beschreiben.
6. Untersuchung dokumentieren: Beobachtungen aus einem Kompass- oder Magnetversuch verständlich auswerten.

Links

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