EXP:Curie-Temperatur von Eisen und Gadolinium

Die materialspezifische Curie-Temperatur $T_C$ bezeichnet diejenige Temperatur bei deren Überschreitung ein Material vollständig alle ferromagnetischen bzw. ferroelektrischen Eigenschaften verliert. Wird ein Material über diese Temperatur hinaus erwärmt so ist dieses dann nur noch paramagnetisch bzw. paraelektrisch. Mit diesem Experiment kann die Existenz der Curie-Temperatur für Eisen ($T_C=768^{\circ }C$) und Gadolinium ($T_C=19,3^{\circ }C$) gezeigt werden. Für Nickel ($T_C=360^{\circ }C$) liegt die Curie-Temperatur deutlich unter der von Eisen und wäre so schneller zu erreichen. Allerdings ist Nickel häufig Auslöser von Kontaktallergien und wird hier deshalb vermieden.

Abb.1: Versuchsaufbau um die Existenz der Curie-Temperatur am Beispiel eines Eisennagels zu demonstrieren.

Abb.2: Versuchsaufbau um die Existenz der Curie-Temperatur am Beispiel eines Stücks Gadolinium zu demonstrieren.

Didaktischer Rahmen

Fachdidaktische Zielsetzung

In diesem Experiment wird ein Phänomen gezeigt, welches die Schülerinnen und Schüler zunächst verwirrt und das Interesse weckt. Sie sollen dann mithilfe des Modells der Elementarmagnete versuchen das gezeigte Phänomen zu erklären.

Nötige Vorkenntnisse

Die SuS können den Magneten als Zusammensetzung aus Nord- und Südpol beschreiben. Zudem sollten die magnetischen Wechselwirkungen bekannt sein. Die Wirkung eines Magnet auf verschiedene Gegenstände sollte bekannt sein. Außerdem sollten die SuS Stoffe nennen können welche von einem Magneten angezogen werden. Im besten Fall nicht nur Eisen. Darüberhinaus sollte der Prozess der Magnetisierung bekannt sein. Die Kenntnis der beiden Begriffe des Para- und des Diamagnetimus sind hier von Vorteil.

Mögliche Schülerschwierigkeiten

Die Nägel sind evtl. zu klein, dass die SuS diese gut erkennen können. Es bietet sich evtl. an das Experiment mit einer Dokumentenkamera zu filmen.

Allgemein

Klassenstufe	Klasse 7/8
Kategorie	Magnetostatik
Einordnung in den Bildungsplan von BW	Magnetismus und Elektromagnetismus, Punkt 3.2.4 (1)

Klassifikation

Quantitativ/Qualitativ	Qualitativ
Demo-/Schülerexperiment	Demonstrationsexperiment
Unterrichtsphase	Vertiefung
Einzelversuch/Versuchsreihe	Einzelversuch

Versuchsanleitung

Benötigtes Material

• Zwei Stative und zwei Muffen
• Kanthaldraht (resistent gegen höhere Temperaturen)
• Hufeisenmagnet
• Bunsenbrenner und Feuerzeug
• Zwei Eisennägel ($T_C=768^{\circ }C$)
• Stück Gadolinium ($T_C=19,3^{\circ }C$)
• Becherglas mit Wasser zum Abkühlen der Eisennägel
• Alufolie
• Kältespray

Versuchsaufbau

Schritt 1

In einem ersten Schritt werden zwei Stative aufgebaut um zum einen den Hufeisenmagneten und zum anderen das Fadenpendel mit dem Eisennagel zu befestigen.

Schritt 2

Bevor der Hufeisenmagnet mithilfe einer Muffe befestigt wird sollte er zum Schutz vor der Flamme mit Alufolie umwickelt werden. An den Hufeisenmagnet wird nun der erste Eisennagel geheftet.

Schritt 3

Am anderen Stativ wird ein Fadenpendel bestehend aus dem Kanthaldraht und einem Eisennagel befestigt.

Schritt 4

Nun wird das Fadenpendel ausgelenkt und die beiden Staive so positioniert, dass die Spitzen der beiden Eisennägel aneinander hängen bleiben.

Der Eisennagel am Fadenpendel wird im zweiten Teil des Experiments durch das Stück Gadolinium ersetzt.

Durch das geschickte Setzen von Umgebungen kann das Bild des Kolibris hier an dieser Stelle erscheinen und könnte jetzt zum Beispiel den ersten Schritt des Experiments beschreiben

Versuchsdurchführung

Beschreibe hier genauer was man zur Durchführung tun muss. Aus was muss dabei geachtet werden?

Auswertung

Hier sollen Diagramme, Werte und eine Fehlerabschätzung zum Experiment hin. Gegebenenfalls können hier auch Gleichungen eingebunden werden. Mathematische Ausdrücke werden durch den <math>-Tag initiiert:

$\mathrm{i}\hslash \frac{\partial }{\partial t}|\psi (t)⟩=\hat{H}|\psi (t)⟩.$

Beim Vergleich mit Literaturwerten oder ähnlichem sollte durch die Referenzumgebung <ref> auf geeignete Quellen verwiesen werden, diese erscheinen dann auch automatisch am Seitenende.

Mögliche Probleme und ihre Lösungen

Treten beim Experiment häufiger Fehler auf? Bitte beschreibe sie hier.

Sicherheitshinweise

Bei diesem Experiment wird mit einem Kartuschenbrenner gearbeitet. Es besteht deshalb eine Verbrennungsgefahr an den erhitzen Nägeln bzw. dem erhitzten Magneten. Erwärmt sich die Gaskartusche so besteht zusätzlich eine Explosionsgefahr. Der Kartuschenbrenner muss so verwendet werden, dass ein Auslaufen des Flüssiggases ausgeschlossen ist.

• Kartuschenbrenner

Fotos

Am Ende des Dokuments kommt eine Galerie aller Bilder, die zu diesem Experiment unter dem Namensraum "Datei:" bereits vorhanden sind. Im Allgemeinen lohnt es sich häufig auch, bereits bestehende Texte und deren Syntax zu betrachten:
<div class="row"> <div class="large-4 large-centered columns"> <ul class="example-orbit" data-orbit> <li> [[Datei:Bild.png|slide 1]] <div class="orbit-caption"> Bildbeschreibung </div> </li> </ul> </div> </div>

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       Ein Kolibri
  

Literatur

Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut, AG Physik und ihre Didaktik, lizenziert unter CC BY-NC-SA 4.0