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Zitierweise
Gründungssammlung des Deutschen Museums.
Bearbeitet von Julia Bloemer und Benjamin Mirwald, Version vom 24.10.2021
Lizenz Bild & Text: Creative Commons License
Forschungsdaten
Magnetstab
Inventarnummer:
863
Einordnung
Typ:
Naturwissenschaftliches Instrument
Dauermagnet
Laborgerät
Fachgebiet:
Magnetismus
Bezüge:
Instrument fast identisch zu: 867
Prinzip ähnlich wie bei: 1069
Funktion ähnlich wie bei: 1114
Gebrauch zusammen mit: 1082, 1096, 1109, 2029T3
Stichwörter:
Trägheitsmoment, Schwingungsdauer, Ablenkwinkel, Variation, Deklination, Erdmagnetfeld, absolute Horizontalintensität, Messen
Tags:
permanent magnet, laboratory apparatus, magnetism, moment of inertia, oscillating period, deflection angle, variation, declination, terrestrial magnetic field, earth, absolut horizontal intensity, measurement
Beschreibung
Funktionsweise:

Der Magnetstab ist Teil eines Magnetometers, der die absolute Horizontalintensität des Erdmagnetfeldes sowie ... mehr anzeigen

Der Magnetstab ist Teil eines Magnetometers, der die absolute Horizontalintensität des Erdmagnetfeldes sowie seine Deklination und Variationen bestimmen soll. Als Horizontalintensität bezeichnet man die waagrechte Komponente des Magnetfeldes im Gegensatz zur Vertikalintensität. Die sogenannte "Gauß'sche Methode" beruht auf der Wechselwirkung zwischen dem Erdmagnetfeld und einem frei schwingenden Magnetstab. Dieses aufwändige Verfahren besteht aus drei unabhängigen Messungen: des Ablenkwinkels, der Schwingungsdauer und des Trägheitsmoments. Wenn die Orientierung des Magnetstabes von der Nord-Süd-Richtung des Erdmagnetfeldes abweicht, übt dieses ein Drehmoment auf den Stab aus und es entsteht eine harmonische Schwingung. Für die Messung des Ablenkungswinkels dienen ein Fernrohr (Theodolit), ein Spiegel sowie eine Millimeterskala (siehe Inventarnummer 1096); das Trägheitsmoment des Magnetstabes wird mit Zusatzgewichten bestimmt (siehe Inventarnummer 1109). Der Magnetstab wird in einem Holzgehäuse gegen äußere Einwirkungen geschützt (siehe Inventarnummer 1835). Für die Messungen zur Horizontalintensität werden zwei annähernd identische Magnetstäbe benötigt, die abwechselnd als "Hauptstab" und als "Hilfsstab" verwendet werden. Zur Beeinflussung der Schwingungsamplitude des Magneten wird ein dritter sogenannter "Beruhigungsstab" benutzt. Die Stäbe wurden zunächst aus dem Stahl der Sollinger Eisenhütte gegossen; später verwendete Meyerstein Uslarer Gussstahl. Die Magnetisierung erfolgt durch andere Magnete und stellt ein kompliziertes Verfahren dar. Neben der gängigen Magnetstabgröße wurden auch andere Größen und Massen eingesetzt, um deren Einfluss auf die Messparameter zu untersuchen. Insbesondere Gauß' Annahme, schwerere Magnetstäbe erbringen genauere Messungen, erwies sich dadurch als falsch. Die Belastung der Statik und die wachsende Trägheit durch größere Stäbe beeinträchtigen die Prozedur. Weniger anzeigen

Historische Bedeutung:

Die Erfassung erdmagnetischer Größen geht auf Alexander von Humboldt (1769-1859) zurück, der 1829 ein europaweites Beobachtungsnetzwerk ins Leben rief. Carl Friedrich Gauß (1777-1855), der sich ... mehr anzeigen

Die Erfassung erdmagnetischer Größen geht auf Alexander von Humboldt (1769-1859) zurück, der 1829 ein europaweites Beobachtungsnetzwerk ins Leben rief. Carl Friedrich Gauß (1777-1855), der sich bereits seit Jahren theoretisch mit dem Erdmagnetismus beschäftigte, beteiligte sich zusammen mit Wilhelm Weber (1804-1891) aus Göttingen ab 1833 an dem Vorhaben. Mit der Gründung des "magnetischen Vereins" schufen sie eine Kooperation zwischen verschiedenen magnetischen Observatorien, die räumliche und zeitliche Variationen des Erdmagnetfeldes messen sollten. Das vorliegende Magnetometer ist eine Art Standardapparatur für diesen Zweck, das größtenteils in Göttingen hergestellt und in die ganze Welt verkauft wurde.
Bereits 1837 existierten nach Gauß' Aussagen bereits 23 Messstationen, die mit derartigen oder ähnlichen Instrumenten ausgerüstet waren. Ein Großteil der Magnetometer wurde vom Göttinger Instrumentenmacher Moritz Meyerstein (1808-1851) hergestellt,
aber auch Friedrich Ludwig Apel (1786-1851) und Friedrich Wilhelm Breithaupt (1780-1855) in Kassel belieferten die magnetischen Observatorien. Neben dem Modell im runden Schwingungskasten baute Meyerstein sowohl größere und stabilere Ausführungen (zum Beispiel für den Direktor des Wiener astronomischen Observatoriums Josef Littrow (1781-1840)) als auch tragfähige Reisemagnetometer (siehe Inventarnummer 861). 1877 berichtete er über eine Ausfertigung, die bereits in einen Kasten mit den Maßen 23x21x21 Zentimeter passte.
Das vorliegende Magnetometer ist ein sogenannter Unifilar-Magnetometer, da der Magnetstab an nur einem einzelnen Seidenfaden aufgehängt ist. Bereits 1837 publizierte Gauß Ideen zu einem Bifilar-Magnetometer, bei dem ein an zwei Fäden aufgehängter Magnetstab besonders zur Messung der schwachen Variationen des Erdmagnetfeldes dienen sollte.
Gauß präsentierte das Verfahren zur Bestimmung der "Intensität der erdmagnetischen Kraft" in absoluten Maßeinheiten erstmals in einem Vortrag 1832 vor der Göttinger Akademie der Wissenschaften. Dabei bezieht sich "absolut" sowohl auf die Tatsache, dass seine Messmethoden das magnetische Moment eines Magnetstabes und die Intensität des Erdmagnetfeldes bestimmten als auch die Rückführung der Maßeinheiten auf die Basiseinheiten Länge (Meter), Masse (Kilogramm) und Zeit (Sekunde). Besonders die gleichzeitige Messung von Feldintensität und magnetisches Moment eliminierte das Problem, dass sich die Messmagnetstäbe und ihre magnetischen Eigenschaften mit der Zeit veränderten und so die Beobachtungen beeinflussten. Außerdem übertrug Gauß zwei astronomische Messmethoden als Standardwerkzeug physikalischer Experimentierpraxis von der Astronomie auf die Physik: die Auge-Ohr-Methode und die Methode kleinster Quadrate. Weniger anzeigen

Herstellung:
1840
Hersteller: Meyerstein, Moritz
Eigenschaften
Material:
Ganzes Objekt: Eisenlegierung
Beschriftungen:
Ende des Stabes, Inventarnummer (weiße Farbe): 863
Ende des Stabes, Beschriftung: N3
Maße:
Ganzes Objekt: Höhe 10mm, Breite 40mm, Tiefe 610mm, Gewicht 1,7kg
Quellen