Barkhausensprünge
Versuchsaufbau Mit diesem relativ einfachen Versuchsaufbau ist es bereits möglich, die Barkhausensprünge im Eisen auch ohne aufwendige magnetische Abschirmungen nachzuweisen. Links im Bild ist der Lautsprecher, in der Mitte der Verstärker und rechts die Induktionsspule zu sehen.

Trafoblech Wird ein Eisennagel oder besser ein Stück Trafoblech in die Spule gehalten, und ein Magnet davor leicht hin und her bewegt, so wird aus dem Lautsprecher ein Rauschen hörbar. Auch wenn man den Magnet ruhig hält und das Eisen davor bewegt, ist das Geräusch deutlich zu hören.
Hält man dagegen den Magnet ruhig, so verstummt das Rauschen. Auch wenn man das Eisen aus dem Spuleninneren entfernt, und dann den Magnet vor der Spule bewegt, ist nichts zu hören. Das Rauschen muss also durch das Eisen im wechselnden Magnetfeld erzeugt werden.
Das Rauschen lässt sich übrigens durch jede Art von Feldstärkeänderung erzeugen. So kann man das Feld des Magneten durch einen zweiten teilweise aufheben, oder man klebt (magnetisch) das Trafoblech auf den Magneten, um dann durch Verbiegen des Bleches das Rauschen erzeugen. Das sieht so aus, als würde das Verbiegen hörbar, doch ohne Magnet tut sich auch hierbei nichts. Es wird nämlich nur das Eisen im nichtlinearen Feld des Magneten bewegt, was wieder einer Feldänderung gleichkommt.

MPEG-Video 734kB In diesem Video ist sehr schön der Zusammenhang das Rauschens mit den Bewegungen des Magneten zu hören. Befindet sich der Magnet nahe beim Trafoblech, so ist des Rauschen sehr laut zu hören, da hier eine kleine Bewegung schon eine große Feldstärkeänderung erzeugt. Bei größerem Abstand wird das Rauschen dann immer schwächer. Das soll nicht heißen, dass die einzelnen Knackgeräusche leiser werden. Es kippen nur weniger Elementarmagnete um, was gegen Ende des Videos gut zu hören ist.
Mit starken Magneten ist es möglich diese Geräusche auch noch bei einem Abstand von 50cm hörbar zu machen. Dann wird immer deutlicher erkennbar, dass es einzelne Sprünge sind, die das Rauschen bilden.

Theoretischer Hintergrund
Eisen kann nicht linear magnetisiert werden. Der Magnetisierungsvorgang geschieht vielmehr in vielen kleinen Sprüngen. Dazu kann man sich die Elementarmagnete als kleine Würfel vorstellen, die durch die kristalline Struktur des Eisens begrenzt werden. Erst wenn eine gewisse Feldstärke erreicht ist, kippt der Würfel schlagartig in seine neue Lage, wodurch eine Änderung im Magnetfeld entsteht. In einer Spule mit genügenden Windungen induziert das eine Spannung, die über den Verstärker hörbar gemacht wird. Da sehr viele Elementarmagnete gleichzeitig umkippen, vermischen sich die einzelnen Knackgeräusche zu einem Rauschen.

Curie-Temperatur Mit dieser Anordnung lässt sich das Verschwinden des Barkhauseneffektes bei hohen Temperaturen zeigen. Dazu wird ein Eisendraht (Blumendraht) durch Strom zum Glühen gebracht. Bis zu einer gewissen Temperatur ist es wie beim Eisennagel möglich, durch leichte Bewegungen mit dem Magnet, ein Rauschen im Lautsprecher zu erzeugen. Es ist allerdings etwas schwächer, da der Stromfluss durch den Draht diesen schon ein wenig vormagnetisiert.
Wird der Draht weiter aufgeheizt, so verschwindet schließlich das Rauschen bei Erreichen der Curie-Temperatur (Umwandlung des Ferro- in Paramagnetismus). Diese liegt für Eisen bei 744°C. Das ist etwa dann, wenn das Eisen gerade hellrot zu glühen beginnt.
Wichtig ist bei diesem Experiment, ein Netzgerät mit geringer Brummspannung zum Heizen zu verwenden. Steht ein solches nicht zur Verfügung, so ist ein Bleiakku zu empfehlen. Es ist  nicht notwendig die Spule so verteilt zu wickeln, wie hier im Bild. Führt man den Draht nämlich in die obige Testspule bifilar hinein, so hebt sich das Magnetfeld des Heizstromes weitgehend auf, und es treten keine Sättigungen mehr auf. Dann erreicht man auch mit einer kleinen Spule brauchbare Signalspannungen.

Aufbau und Funktion
Induktionsspule:
Die Spule besteht aus 4000 Windungen mit 0,12mm Lackdraht. Dieser ist auf einem Stück PVC Rohr mit 50mm Durchmesser gewickelt. Das ergibt in etwa einen quadratischen Querschnitt von 1cm Seitenlänge. Es ist zu empfehlen, als erste und letzte Windung je eine Lage Alufolie zu wickeln, und diese mit Masse zu verbinden. Das hilft die störenden Brummgeräusche von Netzleitungen zu unterdrücken. Die Windung aus Alufolie sollte aber nicht kurzgeschlossen sein, da sonst die Induktion teilweise aufgehoben wird. Diese Spule besitzt etwa einen Innenwiderstand von 857 Ohm, wodurch sie sich besonders für einen Anschluss an Kohle-Mikrophoneingänge mit 600 Ohm eignet.

Verstärker:
Verstärker Innenansicht Der Verstärker besteht aus einem empfindlichen Mikrophonvorverstärker und einem Leistungsverstärker. Zusätzlich wurde noch ein Hochpassfilter zuschaltbar eingebaut, um Netzbrummen und Gleichspannungsänderungen durch die Bewegungen des Magneten auszufiltern. Um Brummen zu vermeiden, empfiehlt sich auch die Versorgung über Batterien und ein Einbau in ein Metallgehäuse.

Vorverstärker Endverstärker
Die Schaltungen für die Verstärker sind relativ leicht aus diverser Elektronikliteratur zu beschaffen, und in ihrer Dimensionierung eher unkritisch. Hier ist nur ein Beispiel von einem Vor- und Endverstärker stellvertretend für viele andere Schaltungen, die vielleicht auch noch besser funktionieren, angegeben.

Für erste Versuche wird es aber auch mit jeder Stereoanlage funktionieren. Da sich das Rauschen sehr gut vom Netzbrumm unterscheiden lässt, ist es auch gar nicht so störend, wenn es ein bisschen brummt. Aufpassen muss man nur, dass man nicht durch die Bewegungen des Magneten Gleichspannungen erzeugt, die den Verstärker begrenzen und so diverseste Geräusche erzeugen. Besser ist es nur das Eisen vor dem stillstehenden Magneten zu bewegen.

Verbesserungsvorschläge:
Das Hochpassfilter ist nicht die optimale Lösung zum Ausfiltern der 50Hz Brummgeräusche, die eigentlich immer vorhanden sind, sobald man sich innerhalb eines Gebäudes mit Elektroinstallation befindet. Eine sehr saubere, wenn auch aufwendigere Lösung währe die Verwendung eines Resonanzfilters, das auf 50Hz abgestimmt ist. Es ist möglich eine Induktivität durch Operationsverstärker nachzubilden (=Gyrator-Schaltung), und so mit einem Kondensator einen Schwingkreis aufzubauen, der im Resonanzfall dann einen Großteil der Brummspannung kurzschließt.

Vorschläge für weitere Versuche:
Mit dieser hochempfindlichen Spule ist es möglich fast jede Art von Stromfluss in Leitungen hörbar zu machen. Es ist sehr interessant, die Spule auf verschiedene Elektrogeräte zu halten. Es werden die kuriosesten Geräusche hörbar, und man kann einiges über die Arbeitsweise der Geräte herausfinden. Sehr gut eignen sich Armbanduhren, Taschenrechner, Computer, Fernbedienungen, Digitalanzeigen, usw....
Um die Empfindlichkeit dieser Spule zu testen, habe ich mit einem Frequenzgenerator eine zweite Spule (Prim. Wicklung von Netztrafo ohne Eisenkern) mit einer Frequenz von 1kHz angespeist. Der Pfeifton ist auch nach in einer Entfernung von 3m (!) mit der Spule aufnehmbar. Dabei ist es aber wichtig, die beiden Spulen gleich zu polarisieren. D.h. die magnetischen Feldlinien müssen sich über beide Spule schließen können. Dreht man eine Spule um 90°, so ist fast nichts mehr zu hören. Nach diesem Prinzip kann man sehr leicht eine Ortung für Bohrungen in Gebäuden durchführen.

Dieses Experiment zeigt, wie leicht man eine falsche Vorstellung von der Realität bekommen kann. Viele denken, Eisen lässt sich linear magnetisieren, und hat sonst keine Wirkung auf ein ansteigendes Magnetfeld. Doch das ist nicht so, wie dieses Experiment zeigt.
Wenn man die Fragen (Experimente) richtig stellt (durchführt), dann gibt die Natur auch die richtig Antwort (Ergebnisse).
Viel Spaß beim Formulieren der Fragen. 

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