Aufgabe 3 · Abitur NRW Physik GK · Dynamischer Lautsprecher 2025

Material 3: Verwendung von Neodym und Ferrit in Lautsprechern

In dynamischen Lautsprechern können sowohl Dauermagnete aus Ferrit als auch aus Neodym verwendet werden.

Neodym zählt zu den Metallen der seltenen Erden und wird vor allem für starke Magnete verwendet. Das Metall kommt zumeist nur in sehr kleinen Mengen und in natürlicher Form nur in chemischen Verbindungen vor. Der wichtigste Lieferant mit 97 % der Weltproduktion ist China. Das führt dort zu erheblichen Umweltproblemen. „Bei der Trennung des Neodyms vom geförderten Gestein entstehen giftige Abfallprodukte, außerdem wird radioaktives Uran und Thorium beim Abbauprozess freigesetzt. Diese Stoffe gelangen zumindest teilweise ins Grundwasser, kontaminieren so Fauna und Flora erheblich und werden für den Menschen als gesundheitsschädlich eingestuft.“ Berichtet das ARD-Fernsehmagazin Panorama.

Ferrite sind magnetische Werkstoffe aus Metalloxiden, die als kostengünstige und robuste Dauermagnete verwendet werden. Die zur Herstellung von Ferritmagneten notwendigen Eisenoxide sind im Vergleich leichter verfügbar, nachhaltiger, kostengünstiger mit höherer Wiederverwertbarkeit als Metalle der seltenen Erden. Neben dem Einsatz in Lautsprechern finden Ferritmagnete auch in Kühlschrankmagneten oder als Magnete für Schultafeln Verwendung.

Im Vergleich zu einem konventionellen Magneten aus Ferrit zeichnet einen Neodym-Magneten aus, dass er bei gleichen Abmessungen deutlich höhere Flussdichten besitzt. Er eignet sich sehr gut für die Lautsprecherherstellung, da durch die Verwendung von Neodym der im Lautsprecher verbaute Magnet sowohl leichter als auch kleiner als ein Dauermagnet aus Ferrit sein kann, ohne dass man dabei Abstriche im Klang hinnehmen müsste.

Auch in kabellosen, akkubetriebenen Kopfhörern wird Neodym bereits verwendet. Durch ihre hohe Flussdichten erlauben es Neodym-Magnete, mehr Schalldruck bei gleicher elektrischer Leistung zu erzeugen. Es muss also weniger Energie aufgewendet werden, um gleiche Lautstärken zu erreichen.

In dynamischen Lautsprechern werden statt der konventionellen Ferritmagnete zunehmend Magnete aus Neodym zum Einsatz gebracht (siehe M 3).

a)

Begründen Sie, dass durch Ersetzen des Ferritmagneten durch einen Neodym-Magneten für die gleiche Kraftwirkung auf die Schwingspule eine geringere Stromstärke notwendig ist. [2 BE]

b)

Bewerten Sie anhand jeweils eines für Sie bedeutsam erscheinenden inner- und außerphysikalischen Aspekts den Einsatz von Neodym-Magneten in Lautsprechern unter Verwendung von Material 3. [5 BE]