Dieses Quiz als Battle spielen: Deutsch, Klasse 9-10, G-Niveau

Elektromagnet - Physik

Einleitung

Ein Elektromagnet ist ein Magnet, dessen Magnetfeld durch elektrischen Strom entsteht. Sein wichtigster Bauteil ist eine Spule. Häufig befindet sich in der Spule ein Kern aus weichem Eisen, der das Magnetfeld deutlich verstärkt. Wird der Strom ausgeschaltet, nimmt die magnetische Wirkung stark ab.^[1]

Elektromagnete sind besonders nützlich, weil Du sie ein- und ausschalten, ihre Stärke verändern und ihre Pole vertauschen kannst. Du findest sie zum Beispiel in Relais, elektrischen Klingeln, Türöffnern, Ventilen und Hebemagneten.

Lernziele

Nach diesem aiMOOC kannst Du den Aufbau eines Elektromagneten beschreiben, seine Wirkung erklären und wichtige Einflussgrößen nennen. Du kannst außerdem Anwendungen beurteilen, einfache Versuche sicher planen und das Magnetfeld einer Spule mit einem Modell darstellen.

Vom elektrischen Strom zum Magnetfeld

Fließt Strom durch einen Leiter, entsteht um ihn herum ein magnetisches Feld. Bei einem geraden Draht verlaufen die Feldlinien kreisförmig um den Leiter. Wird der Draht zu einer Spule gewickelt, überlagern sich die Magnetfelder der einzelnen Windungen. Dadurch entsteht im Inneren der Spule ein stärkeres Feld.^[2]

Eine stromdurchflossene Spule besitzt wie ein Stabmagnet einen Nordpol und einen Südpol. Im Inneren einer langen Spule ist das Feld annähernd gleichmäßig. Außerhalb ähnelt das Feld dem eines Stabmagneten.

Die Rechte-Hand-Regel

Mit der Rechte-Hand-Regel bestimmst Du die Richtung des Magnetfeldes einer Spule: Umgreife die Spule mit der rechten Hand so, dass Deine gekrümmten Finger in die technische Stromrichtung durch die Windungen zeigen. Der ausgestreckte Daumen zeigt dann zum magnetischen Nordpol der Spule.

Wird die Stromrichtung umgekehrt, tauschen Nordpol und Südpol ihre Seiten. Die Stärke des Feldes ändert sich dabei nicht allein durch den Richtungswechsel.

Aufbau eines Elektromagneten

Ein einfacher Elektromagnet besteht aus einer Stromquelle, einem Schalter, einem isolierten Draht, einer Spule und meist einem Eisenkern. Der Draht muss isoliert sein, damit benachbarte Windungen keinen Kurzschluss bilden.

Bauteil	Aufgabe
Stromquelle	Liefert die elektrische Energie.
Schalter	Schließt oder öffnet den Stromkreis.
Spule	Erzeugt beim Stromfluss das Magnetfeld.
Eisenkern	Bündelt und verstärkt das Magnetfeld.
Anker	Wird vom Elektromagneten angezogen und kann eine Bewegung auslösen.

Warum verstärkt ein Eisenkern das Feld?

Eisen ist ferromagnetisch. In einem vereinfachten Modell enthält es viele kleine magnetische Bereiche. Ohne äußeres Feld sind diese Bereiche unterschiedlich ausgerichtet. Das Feld der Spule richtet viele von ihnen ähnlich aus. Dadurch wird das gesamte Magnetfeld stärker.^[3]

Für schaltbare Elektromagnete wird häufig weiches Eisen verwendet. Es lässt sich gut magnetisieren und verliert nach dem Abschalten einen großen Teil seiner Magnetisierung. Eine kleine Restmagnetisierung kann dennoch bleiben.

Wovon hängt die Stärke ab?

Die magnetische Wirkung einer Spule wird besonders durch die Stromstärke, die Windungszahl, die Spulenform und das Kernmaterial beeinflusst.

Veränderung	Typische Wirkung
Größere Stromstärke	Das Magnetfeld wird stärker, aber Draht und Stromquelle können sich stärker erwärmen.
Mehr Windungen	Die Magnetfelder der Windungen addieren sich stärker.
Geeigneter Eisenkern	Das Feld wird gebündelt und deutlich verstärkt.
Kleine Luftspalte	Der magnetische Kreis wird günstiger; die Anziehung kann steigen.
Umkehr der Stromrichtung	Nordpol und Südpol werden vertauscht.

Bei sehr großer Stromstärke steigt die Magnetisierung des Eisenkerns nicht unbegrenzt weiter. Der Kern kann in die magnetische Sättigung gelangen. Außerdem begrenzen Erwärmung, Drahtwiderstand und die Belastbarkeit der Stromquelle die mögliche Stärke.

Formel für eine lange Spule

Für eine lange, dicht gewickelte Spule kann die magnetische Flussdichte im Inneren näherungsweise beschrieben werden durch:

B \approx μ_{0} \cdot μ_{r} \cdot \frac{N}{l} \cdot I

Zeichen	Bedeutung	Einheit
$B$	Magnetische Flussdichte	Tesla
$μ_{0}$	Magnetische Feldkonstante	Henry pro Meter
$μ_{r}$	Relative Permeabilität des Kernmaterials	ohne Einheit
$N$	Windungszahl	ohne Einheit
$l$	Länge der Spule	Meter
$I$	Stromstärke	Ampere

Die Formel zeigt: Mehr Windungen und eine größere Stromstärke erhöhen das Feld. Sie ist eine Näherung für lange Spulen. Bei Eisenkernen hängt $μ_{r}$ vom Material und von der Magnetisierung ab; deshalb ist die Beziehung in der Praxis nicht immer streng linear.^[4]

Magnetfelder sichtbar machen

Magnetfelder sind unsichtbar. Mit Eisenfeilspänen kannst Du ihr Muster sichtbar machen. Die Späne richten sich entlang der lokalen Feldrichtung aus. Auch kleine Kompassnadeln können die Feldrichtung an verschiedenen Orten anzeigen.

Wichtig: Eisenfeilspäne dürfen nicht in Augen, Mund, Steckdosen oder elektrische Geräte gelangen. Führe den Versuch nur auf einer geschlossenen Unterlage und nach den Sicherheitsregeln Deiner Schule durch.

Sicherer Schulversuch: Elektromagnet bauen

Verwende ausschließlich eine geeignete Kleinspannungsquelle, zum Beispiel einen Batteriehalter. Arbeite niemals mit Netzspannung.

Material	Zweck
Isolierter Kupferdraht	Wird zur Spule gewickelt.
Großer Eisennagel oder weiche Eisenschraube	Dient als Kern.
Batteriehalter mit niedriger Spannung	Versorgt die Spule kurzzeitig mit Strom.
Taster oder Schalter	Begrenzt die Einschaltdauer.
Büroklammern	Zeigen die magnetische Wirkung.

Wickle den isolierten Draht gleichmäßig um den Eisennagel.
Lasse an beiden Enden genügend Draht für die Anschlüsse frei.
Verbinde die Spule nur kurz über einen Schalter mit der Kleinspannungsquelle.
Prüfe, wie viele Büroklammern der Elektromagnet anheben kann.
Trenne den Stromkreis sofort wieder und kontrolliere, ob Draht oder Batterie warm werden.

Ein fast widerstandsloser Draht kann einen hohen Strom verursachen. Schließe eine Batterie deshalb niemals direkt ohne geeignete Spule oder Begrenzung kurz. Beende den Versuch sofort, wenn sich Bauteile erwärmen.

Elektromagnet und Dauermagnet im Vergleich

Eigenschaft	Elektromagnet	Dauermagnet
Magnetfeld	Entsteht hauptsächlich beim Stromfluss.	Ist dauerhaft vorhanden.
Ein- und Ausschalten	Leicht möglich.	Nicht direkt möglich.
Stärke verändern	Über Strom, Windungen und Kern möglich.	Nur begrenzt durch Form und Material.
Pole vertauschen	Durch Umkehr der Stromrichtung.	Nur durch Umdrehen oder Ummagnetisieren.
Energiebedarf	Benötigt während des Betriebs elektrische Energie.	Benötigt für das Halten des Feldes keine Stromversorgung.

Anwendungen

Elektromagnete wandeln elektrische Energie zunächst in magnetische Wirkung und häufig weiter in Bewegung um. Sie können kleine Kontakte schalten oder große Lasten anheben.

Relais und Schütze

Ein Relais ist ein elektromagnetisch betätigter Schalter. Fließt Strom durch die Steuerspule, zieht der Elektromagnet einen beweglichen Anker an. Dieser öffnet oder schließt elektrische Kontakte. So kann ein kleiner Steuerstrom einen getrennten Stromkreis schalten.

Elektrische Klingel

In einer klassischen elektrischen Klingel zieht ein Elektromagnet einen Anker mit Klöppel an. Dabei wird der Stromkreis unterbrochen. Der Elektromagnet verliert seine Wirkung, der Anker federt zurück, und der Kontakt schließt erneut. Dieser Vorgang wiederholt sich schnell und erzeugt das Klingeln.^[5]

Hebemagnet

Ein Hebemagnet kann ferromagnetischen Schrott anheben. Wird der Strom abgeschaltet, fällt die Last ab. Aluminium, Kupfer, Holz oder Kunststoff werden von einem gewöhnlichen Hebemagneten nicht auf dieselbe Weise angezogen.

Weitere Beispiele

Anwendung	Aufgabe des Elektromagneten
Magnetischer Türöffner	Bewegt oder hält einen Sperrmechanismus.
Magnetventil	Öffnet oder schließt den Weg für Flüssigkeiten oder Gase.
Elektromotor	Erzeugt zusammen mit weiteren Magnetfeldern eine Drehbewegung.
Lautsprecher	Eine stromdurchflossene Spule bewegt die Membran im Feld eines Magneten.
Kernspintomograf	Ein sehr starkes Magnetfeld unterstützt die medizinische Bildgebung.

Geschichte

Hans Christian Ørsted zeigte 1820, dass ein elektrischer Strom eine Magnetnadel ablenken kann. William Sturgeon baute 1826 einen frühen praktisch nutzbaren Elektromagneten. Joseph Henry verbesserte später Elektromagnete mit vielen isolierten Drahtwindungen und untersuchte ihre technische Nutzung.^[1]

Merksätze

Eine stromdurchflossene Spule erzeugt ein Magnetfeld.
Ein Eisenkern verstärkt meist das Feld der Spule.
Mehr Windungen und eine größere Stromstärke können den Elektromagneten verstärken.
Beim Umpolen des Stroms vertauschen sich Nordpol und Südpol.
Nach dem Ausschalten nimmt die magnetische Wirkung eines Elektromagneten stark ab.
Elektromagnete dürfen im Schulversuch nur mit geeigneter Kleinspannung betrieben werden.

Quellen und Vertiefung

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Wodurch entsteht das Magnetfeld eines Elektromagneten? (Durch elektrischen Strom in einer Spule) (!Durch die Farbe des Drahtes) (!Durch die Masse der Batterie) (!Durch die Länge des Schalters)

Welches Bauteil verstärkt das Magnetfeld einer Spule besonders? (Ein Kern aus weichem Eisen) (!Ein Kern aus trockenem Holz) (!Eine Hülle aus Papier) (!Ein Stab aus Glas)

Was geschieht beim Ausschalten des Stroms? (Die magnetische Wirkung nimmt stark ab) (!Die Stromstärke steigt unbegrenzt) (!Die Pole beginnen sich zu drehen) (!Der Draht wird zum Dauermagneten)

Welche Änderung verstärkt einen Elektromagneten meist? (Mehr Windungen der Spule) (!Weniger Draht bei gleichem Aufbau) (!Ein größerer Abstand zum Eisenkern) (!Das Entfernen der Stromquelle)

Was geschieht bei einer Umkehr der Stromrichtung? (Nordpol und Südpol tauschen die Seiten) (!Der Eisenkern wird zu Kunststoff) (!Das Magnetfeld wird immer null) (!Die Spule verliert alle Windungen)

Wo ist das Magnetfeld einer langen Spule annähernd gleichmäßig? (Im Inneren der Spule) (!Unendlich weit außerhalb) (!Nur an der Batterie) (!Im geöffneten Schalter)

Welche Aufgabe hat ein Relais? (Es schaltet einen Stromkreis elektromagnetisch) (!Es misst ausschließlich Temperaturen) (!Es speichert Eisenfeilspäne) (!Es erzeugt Licht ohne Strom)

Welches Material kann ein gewöhnlicher Hebemagnet gut anheben? (Eisenschrott) (!Trockenes Holz) (!Reines Glas) (!Kunststofffolie)

Wozu dient die Rechte-Hand-Regel bei einer Spule? (Zur Bestimmung der Richtung des Magnetfeldes) (!Zur Messung der Drahttemperatur) (!Zur Berechnung der Batteriemasse) (!Zur Auswahl der Drahtfarbe)

Welche Sicherheitsregel gilt beim Bau eines Elektromagneten? (Nur geeignete Kleinspannung verwenden) (!Die Spule direkt an Netzspannung anschließen) (!Eine Batterie dauerhaft kurzschließen) (!Erwärmte Drähte weiter berühren)

Memory

Spule	Erzeugt beim Stromfluss ein Magnetfeld
Eisenkern	Verstärkt und bündelt das Magnetfeld
Windungszahl	Anzahl der Drahtschleifen
Stromrichtung	Bestimmt die Lage der Magnetpole
Relais	Elektromagnetisch betätigter Schalter
Anker	Bewegliches ferromagnetisches Bauteil
Hebemagnet	Hebt Eisenschrott an
Kleinspannung	Sichere Energiequelle für Schulversuche

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Spule	Magnetfeld erzeugen
Eisenkern	Magnetfeld verstärken
Schalter	Stromkreis öffnen
Relais	Getrennten Stromkreis schalten
Anker	Bewegung ausführen

Kreuzworträtsel

Spule	Wie heißt der gewickelte Draht eines Elektromagneten?
Eisenkern	Welches Bauteil verstärkt das Magnetfeld im Inneren?
Nordpol	Wie heißt der Pol, auf den der Daumen der Rechte-Hand-Regel zeigt?
Relais	Wie heißt ein elektromagnetisch betätigter Schalter?
Windungen	Wie heißen die einzelnen Drahtschleifen einer Spule?
Klöppel	Welches Teil schlägt bei einer elektrischen Klingel an den Klangkörper?

LearningApps

Lückentext

Ein Elektromagnet enthält als wichtigsten Bauteil eine

. Beim Fließen von elektrischem Strom entsteht ein

. Ein Kern aus weichem Eisen kann das Feld deutlich

. Die Zahl der Drahtschleifen heißt

. Eine größere Stromstärke führt meist zu einem

Magnetfeld. Durch Umkehr der Stromrichtung werden Nordpol und

vertauscht. Ein elektromagnetisch betätigter Schalter heißt

. Ein Hebemagnet kann vor allem ferromagnetische Stoffe wie

anheben. Nach dem Öffnen des Schalters nimmt die magnetische Wirkung stark

. Im Schulversuch darf nur geeignete

verwendet werden.

Offene Aufgaben

Leicht

Bauteile eines Elektromagneten: Zeichne einen einfachen Elektromagneten und beschrifte Stromquelle, Schalter, Spule und Eisenkern.
Magnetische Alltagsgeräte: Finde drei Geräte in Deiner Umgebung, in denen ein Elektromagnet vorkommen könnte, und begründe Deine Vermutung.
Feldlinienmodell: Zeichne das Feldlinienbild einer stromdurchflossenen Spule und markiere Nordpol und Südpol.
Sicherheitsregeln: Gestalte ein Warnschild mit vier Regeln für einen sicheren Elektromagnet-Versuch.

Standard

Elektromagnet-Experiment: Baue unter Aufsicht einen Elektromagneten mit Kleinspannung und dokumentiere Aufbau, Beobachtung und Ergebnis.
Windungszahl untersuchen: Vergleiche zwei Spulen mit unterschiedlicher Windungszahl und halte alle anderen Bedingungen möglichst gleich.
Stromrichtung und Pole: Plane einen Versuch, mit dem Du die Polumkehr nach einem Vertauschen der Anschlüsse nachweisen kannst.
Relais erklären: Erstelle eine Bildfolge oder kurze Animation, die das Schalten eines Relais in einzelnen Schritten zeigt.

Schwer

Messreihe zum Elektromagneten: Entwickle eine Messreihe zum Zusammenhang zwischen Windungszahl und Zahl angehobener Büroklammern und stelle die Ergebnisse in einem Diagramm dar.
Fehleranalyse: Untersuche, warum ein selbst gebauter Elektromagnet schwach sein kann, und entwickle begründete Verbesserungen.
Technikvergleich: Vergleiche einen Hebemagneten, ein Relais und einen magnetischen Türöffner hinsichtlich Aufgabe, Energieumwandlung und Sicherheitsanforderungen.
Nachhaltigkeit von Elektromagneten: Bewerte den Energieverbrauch eines dauerhaft eingeschalteten Elektromagneten und entwickle eine energiesparende Alternative.

Lernkontrolle

Versuchsplanung Elektromagnet: Plane einen fairen Versuch, mit dem Du nur den Einfluss der Windungszahl untersuchst. Begründe, welche Größen konstant bleiben müssen.
Anwendungsanalyse Relais: Erkläre, warum ein Relais einen Steuerstromkreis von einem Arbeitsstromkreis trennen kann, und nenne einen Vorteil dieser Trennung.
Problemlösen Hebemagnet: Ein Hebemagnet hebt weniger Schrott als erwartet. Formuliere drei mögliche Ursachen und passende Prüfungen.
Energieumwandlung: Beschreibe die Energieumwandlungen bei einer elektrischen Klingel vom Schließen des Schalters bis zum Ton.
Modellkritik: Erkläre, was das Feldlinienmodell gut darstellt und welche Eigenschaften eines realen Magnetfeldes es nicht direkt zeigt.
Transfer Türöffner: Entwirf eine einfache Steuerung für einen elektromagnetischen Türöffner und beschreibe, was bei einem Stromausfall geschieht.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du den Aufbau und die Funktion eines Elektromagneten erklären kannst. Wichtig sind außerdem die sichere Durchführung eines Kleinspannungsversuchs, eine saubere Versuchsdokumentation, die Auswertung von Beobachtungen und die begründete Übertragung auf technische Anwendungen.

Fachbegriffe wie Spule, Eisenkern, Magnetfeld, Anker und Relais korrekt verwenden
Einfluss von Stromstärke, Windungszahl, Kernmaterial und Stromrichtung erklären
Ein Feldlinienbild deuten und die Pole einer Spule bestimmen
Sicherheitsregeln für elektrische Schulversuche anwenden
Messergebnisse in Tabelle oder Diagramm darstellen
Eine technische Anwendung analysieren und bewerten

OERs zum Thema

Verknüpfte Lernbereiche

Elektromagnet - Physik

aiMOOC-Projekte

Schulfach+

Prüfungsliteratur 2026
Bundesland	Bücher	Kurzbeschreibung
Baden-Württemberg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Mittlere Reife Der Markisenmann - Jan Weiler oder Als die Welt uns gehörte - Liz Kessler Ein Schatten wie ein Leopard - Myron Levoy oder Pampa Blues - Rolf Lappert	Abitur Dorfrichter-Komödie über Wahrheit/Schuld; Roman über einen Ort und deutsche Geschichte. Mittlere Reife Wahllektüren (Roadtrip-Vater-Sohn / Jugendroman im NS-Kontext / Coming-of-age / Provinzroman).
Bayern	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Lustspiel über Machtmissbrauch und Recht; Roman als Zeitschnitt deutscher Geschichte an einem Haus/Grundstück.
Berlin/Brandenburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Der Biberpelz - Gerhart Hauptmann Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Gerichtskomödie; soziales Drama um Ausbeutung/Armut; Komödie/Satire um Diebstahl und Obrigkeit; Roman über Erinnerungsräume und Umbrüche.
Bremen	Abitur Nach Mitternacht - Irmgard Keun Mario und der Zauberer - Thomas Mann Emilia Galotti - Gotthold Ephraim Lessing oder Miss Sara Sampson - Gotthold Ephraim Lessing	Abitur Roman in der NS-Zeit (Alltag, Anpassung, Angst); Novelle über Verführung/Massenpsychologie; bürgerliche Trauerspiele (Moral, Macht, Stand).
Hamburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun	Abitur Justiz-/Machtkritik als Komödie; Großstadtroman der Weimarer Zeit (Rollenbilder, Aufstiegsträume, soziale Realität).
Hessen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Prozess - Franz Kafka	Abitur Gerichtskomödie; Fragmentdrama über Gewalt/Entmenschlichung; Erinnerungsroman über deutsche Brüche; moderner Roman über Schuld, Macht und Bürokratie.
Niedersachsen	Abitur Der zerbrochene Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun Die Marquise von O. - Heinrich von Kleist Über das Marionettentheater - Heinrich von Kleist	Abitur Schwerpunkt auf Drama/Roman sowie Kleist-Prosatext und Essay (Ehre, Gewalt, Unschuld; Ästhetik/„Anmut“).
Nordrhein-Westfalen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Komödie über Wahrheit und Autorität; Roman als literarische „Geschichtsschichtung“ an einem Ort.
Saarland	Abitur Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Furor - Lutz Hübner und Sarah Nemitz Bahnwärter Thiel - Gerhart Hauptmann	Abitur Erinnerungsroman an einem Ort; zeitgenössisches Drama über Eskalation/Populismus; naturalistische Novelle (Pflicht/Überforderung/Abgrund).
Sachsen (berufliches Gymnasium)	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Irrungen, Wirrungen - Theodor Fontane Der gute Mensch von Sezuan - Bertolt Brecht Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Trafikant - Robert Seethaler	Abitur Mischung aus Klassiker-Drama, sozialem Drama, realistischem Roman, epischem Theater und Gegenwarts-/Erinnerungsroman; zusätzlich Coming-of-age im historischen Kontext.
Sachsen-Anhalt	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Themenfelder)	Abitur Schwerpunktsetzung über Themenfelder (u. a. Literatur um 1900; Sprache in politisch-gesellschaftlichen Kontexten), ohne feste Einzeltitel.
Schleswig-Holstein	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Recht/Gerechtigkeit und historische Tiefenschichten eines Ortes – umgesetzt über Drama und Gegenwartsroman.
Thüringen	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool)	Abitur In der Praxis häufig Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool; landesweite Einzeltitel je nach Vorgabe/Handreichung nicht einheitlich ausgewiesen.
Mecklenburg-Vorpommern	Abitur (Quelle aktuell technisch nicht abrufbar; Beteiligung am gemeinsamen Aufgabenpool bekannt)	Abitur Land beteiligt sich am länderübergreifenden Aufgabenpool; konkrete, veröffentlichte Einzeltitel konnten hier nicht ausgelesen werden.
Rheinland-Pfalz	Abitur (keine landesweit einheitliche Pflichtlektüre; schulische Auswahl)	Abitur Keine landesweite Einheitsliste; Auswahl kann schul-/kursbezogen erfolgen.