Magnetkompass

Ein Magnetkompass ist eine frei drehbare Magnetnadel, die sich nach dem Magnetfeld der Erde ausrichtet und so bei jedem Wetter Norden anzeigt. Im 11. Jahrhundert in China beschrieben und um 1190 in Europa auf See belegt, erlaubte er Seeleuten, auch außer Sicht des Landes und unter Wolken einen Kurs zu halten.

Was es ist

Ein Kompass ist ein kleiner Magnet, der sich frei drehen kann. Sich selbst überlassen, stellt er sich entlang der Feldlinien des Erdmagnetfelds ein, mit einem Ende zum magnetischen Norden und dem anderen zum magnetischen Süden. Wer weiß, wo Norden liegt, kann daraus jede andere Richtung ablesen, bei Nacht, im Nebel oder außer Sicht des Landes.

Die Tafel zeigt einen Schiffskompass aus dem 16. Jahrhundert. Die Magnetnadel ist unter eine Papierscheibe mit aufgemalter Windrose geklebt, sodass sich die ganze Kompassrose mit ihr dreht. Die Rose ruht auf einer Pinne in einem hölzernen Kessel, und der Kessel hängt in einer kardanischen Aufhängung, damit er waagerecht bleibt, wenn das Schiff rollt.

Wie es funktioniert

Am Magneteisenstein entlanggestrichen, wird eine Stahlnadel selbst zum Magneten.

Die Erde verhält sich ungefähr wie ein riesiger Stabmagnet. Ihr Feld ist schwach, an der Oberfläche etwa ein halbes Gauß, doch eine leichte Nadel auf einer guten Pinne braucht nur sehr wenig Kraft, um sich zu drehen. Die Nadel schwingt, bis ihr eigenes Feld mit dem waagerechten Anteil des Erdfelds übereinstimmt, und kommt dann zur Ruhe.

Zuerst muss die Nadel magnetisiert werden. In Eisen und Stahl wirken winzige Bereiche, die Domänen, jeweils wie ein Magnet, doch sie zeigen in alle Richtungen und heben sich gegenseitig auf. Streicht man die Nadel immer in derselben Richtung mit einem Magneteisenstein, einem von Natur aus magnetischen Stück Magnetit, richten sich viele von ihnen aus, und die Nadel behält diese Ordnung. Harter Stahl hält sie am besten. Weiches Eisen verliert sie schnell, und bis zur Mitte des 18. Jahrhunderts mussten Seeleute ihre Nadeln mit einem an Bord mitgeführten Magneteisenstein nachstreichen.

Eine frühe Methode: eine Nadel auf einem Schwimmer, frei drehbar auf ruhigem Wasser.

Der magnetische Norden ist nicht der geografische Pol. Der Winkel zwischen beiden, die Missweisung oder Deklination, ändert sich von Ort zu Ort und langsam im Lauf der Jahre. Das Feld ist außerdem geneigt: Auf der Nordhalbkugel zieht es das Nordende der Nadel nach unten, auf der Südhalbkugel das Südende, nahe den Magnetpolen besonders steil. Diese Inklination gleichen Kompassmacher mit einem kleinen Gewicht aus. An Bord lenken eiserne Beschläge und Ladung die Nadel zusätzlich ab, ein Fehler, den man Deviation nennt.

Auf der Tafel halten die spitze Pinne und das kleine Hütchen an der Nadel die Reibung gering. An der Kompassrose liest der Rudergänger den Kurs gegen eine feste Marke am Kessel ab. Der Glasdeckel hält den Wind ab, und die Kardanringe verhindern, dass die Rose kippt, wenn das Schiff rollt.

Wie man ihn baut

Die Nadel herstellen. Nehmen Sie eine stählerne Nähnadel oder einen dünnen Streifen harten Stahls von etwa 5 cm Länge. Zu weiches Eisen bleibt nicht magnetisch.

Die Nadel magnetisieren. Streichen Sie die Nadel mit einem Pol eines Magneteisensteins oder Magneten von der Mitte zu einem Ende und heben Sie den Stein am Ende jedes Strichs in einem weiten Bogen ab. Wiederholen Sie das zwanzig- bis dreißigmal, immer in derselben Richtung.

Auf Wasser prüfen. Stecken Sie die Nadel durch ein kurzes Stück Kork oder trockenes Schilfrohr und lassen Sie sie in einer Schale mit ruhigem Wasser schwimmen, fern von Eisen. Stellen Sie fest, welches Ende nach Norden zeigt, und markieren Sie es. Nördlich der Tropen prüfen Sie das nachts am Polarstern oder am kürzesten Schatten zum wahren Mittag, der dann nach Norden zeigt; südlich der Tropen zeigt dieser Schatten nach Süden.

Eine Pinne anbringen. Drücken Sie einen kleinen Kegel in ein Reststück dünnes Messingblech, um ein Hütchen zu formen, und befestigen Sie es in der Mitte der Nadel. Setzen Sie eine spitze Nadel senkrecht in den Boden eines hölzernen Kessels und legen Sie das Hütchen darauf. Gleichen Sie die Nadel mit einem Tupfer Wachs aus, bis sie waagerecht liegt.

Rose und Deckel hinzufügen. Kleben Sie die Nadel unter eine leichte Scheibe, auf der die Kompassstriche markiert sind, mit der Nordmarke über dem Nordende der Nadel. Malen Sie innen am Kessel eine feste Marke, den Steuerstrich, und richten Sie ihn auf den Bug aus: An ihm liest man den Kurs auf der Rose ab. Eine Glasscheibe über dem Kessel hält Zugluft fern.

Aufhängen. Für das Modell eines Schiffskompasses hängen Sie den Kessel in zwei Ringe, die rechtwinklig zueinander drehbar gelagert sind. Ein selbst gebauter Kompass bleibt ein Demonstrationsstück: Navigieren Sie nicht danach, bevor Sie ihn mit einem bewährten Kompass verglichen haben.

Geschichte und Entwicklung

In China wie in Griechenland wusste man schon vor mehr als zweitausend Jahren, dass Magneteisenstein Eisen anzieht. Texte aus der Han-Zeit erwähnen ein nach Süden weisendes Gerät für die Wahrsagung, vielleicht einen Löffel aus Magneteisenstein, doch die Historiker sind sich nicht einig, was es war.

Shen Kuo hielt eine an einem einzelnen Seidenfaden hängende Nadel für die beste Aufhängung.

Das Militärhandbuch Wujing Zongyao, um 1044 zusammengestellt, beschreibt einen dünnen Eisenfisch, der rotglühend erhitzt, in Nord-Süd-Richtung liegend abgekühlt und dann auf Wasser gesetzt wurde, wo er nach Süden zeigte. Um 1088 beschrieb Shen Kuo Nadeln, die durch Reiben an Magneteisenstein magnetisiert und dann auf Wasser schwimmend oder an einem Seidenfaden hängend verwendet wurden. Er bemerkte auch, dass die Nadel etwas östlich von genau Süd zeigt, eine frühe Aufzeichnung der Missweisung. Zwischen 1111 und 1117 schrieb Zhu Yu, dass Schiffslotsen auf die Nadel achteten, wenn Wolken Sonne und Sterne verdeckten.

In Europa beschrieb der englische Gelehrte Alexander Neckam um 1190 Seeleute, die eine magnetisierte Nadel benutzten. Ein persischer Text von 1232 enthält die erste Erwähnung in der islamischen Welt. 1269 beschrieb Petrus Peregrinus einen trockenen Kompass auf einer Pinne, und um 1300 verbreitete sich der trockene Dosenkompass mit Rose im Mittelmeerraum.

Flüssigkeitskompasse, die das Schwingen der Rose dämpfen, setzten sich im 19. und frühen 20. Jahrhundert durch, und im ersten Jahrzehnt des 20. Jahrhunderts folgte der Kreiselkompass, der den geografischen Norden ohne Magnetismus findet.