Jede hät sicher scho mal en Kompass i de Hand gha, sig es im Pfadilager, bim Wandere i de Schwiizer Berge oder eifach als App ufem Smartphone. Es isch faszinierend, dass es chliises Grätli, wo oft nöd mal Batterié brucht, ois so zuverlässig d’Richtig azeige chan. Mir verlönd ois hüt zutags fast blind uf s’GPS und Google Maps, aber de gueti alti Kompass isch immer no s’Fundamänt vo de Navigation. Ohni en funktionierende Kompass wäred d’Seefahrer früener ufgschmisse gsi und selbst hüt, wänn d’Technik mal usfallt oder de Akku leer isch, rettet er ois de Füdl. Aber wie gnau weiss die chliini Noodle eigentlich, wo de Norde isch, und was passiert im Innere vo oisem Handy, wo ja gar kei beweglichi Noodle meh hät? D’Antwort liit tüüf im Innere vo oisere Erde und in raffinierter Physik, wo mir jede Tag nutzed, ohni groß drüber nahzdänke.
S’Fundamänt: D’Erde als gigantische Magnet
Bevor mir verstönd, wie s’Grät funktioniert, müend mir verstah, was d’Erde eigentlich isch. Im Grunde gno läbed mir alli uf eme riesige Magnete. D’Erde hät en innere Chern, wo extrem heiss isch und hauptsächlich us Iise und Nickel bestaht. Um de feste innere Chern gits en flüssige üssere Chern. Dur d’Rotation vo de Erde entstönd dött Strömige i dem flüssige Metall. Die Bewegige funktioniered wie en Dynamo: Sie erzüüged elektrischi Strööm, und die wiederum boued s’Erdmagnetfeld uf.
Das Magnetfeld hät zwei Pol, änlich wie en Stabmagnet us em Physikunterricht: en magnetische Nordpol und en magnetische Südpol. Wichtig zum Wüsse isch, dass das, was mir uf de Charte als «Norde» bezeichned (de geografischi Nordpol), nöd exakt de gliiche Ort isch wie de magnetischi Pol. D’Feldlinie verlaufed über de ganzi Globus und dringen tüüf in d’Atmosphäre ii. Genau die unsichtbare Chraftlinie sind s’Gleis, uf dem sich jede Kompass orientiert.
De klassischi Magnetkompass: Mechanik und Physik
De analogi Kompass, wie mir en vom Wandere känned, isch eigentlich es sehr simplis Konstrukt, wo aber präzise gfertigt si muess. S’Herzstück isch d’Kompassnoodle. Die bestaht us eme liechte, magnetisierte Metallstibli. D’Spitze vo de Noodle isch oft rot aagmalet und markiert de magnetische Nordpol vo de Noodle sälber. Will sich ungliichi Pol aaziehnd, zeigt de Nordpol vo de Noodle eigentlich zum magnetische Südpol vo de Erde – da de aber geografisch im Norde liit (physikalisch gseh isch de magnetischi Nordpol vo de Erde im geografische Süde), säged mir eifach: Sie zeigt nach Norde.
Damit das funktioniert, müend es paar technischi Vorussetzige erfüllt sii:
- Riibigsarmi Lagerig: D’Noodle muess uf ere extrem fiine Spitze, oft us eme Edelstei wie Saphir, glageret sii. So chan sie sich scho bim chliinste magnetische Iifluss dreie.
- Dämpfig: Wänn d’Noodle frei i de Luft wär, würd sie ewig hi und her wackle, bis sie zur Rueh chunt. Drum isch s’Ghüüs vo guete Kompasse mit ere Flüssigkeit gfüllt (meistens Öl oder Alkohol). Das bremst d’Schwingig ab, laht d’Noodle aber trotzdem frei dreie.
- Uswuchtig: D’Magnetfeldlinie verlaufed nöd parallel zum Bode, sondern tauched je nach Breitigrad in Bode ii (Inklination). I de Schwiiz züüchts d’Nordspitze liecht nach une. Darum sind Noodle für oisi Breitigrade so usgwuchtet, dass sie trotzdem waagrecht schwebet.
Elektronische Kompass: Wie s’Smartphone de Wäg findet
Hüt hät fast jede en Kompass i de Hosentasche, aber wänn mer s’Handy ufschrubt, findet mer dött drin sicher kei schwimmendi Noodle. Smartphones benutzed sogenannti MEMS-Sensore (Mikro-Elektro-Mechanischi System). Das sind winzigi Chips, wo Magnetfelder elektronisch mässe chönd.
Die meiste Smartphones setzed uf de sogenannti Hall-Effekt oder Magnetoresisitivi Sensore. Das funktioniert so:
- En chliine Strom flüsst dur es Plättli im Chip.
- Wänn es üsseres Magnetfeld (wie das vo de Erde) uf das Plättli trifft, wärded d’Elektrone im Stromfluss liecht abglänkt.
- Die Ablänkig erzügt e winzigi Spannig quer zur Stromrichtig (Hall-Spannig).
- De Prozessor misst die Spannig. Will s’Handy aber wüsse muess, wie es im Ruum staht, häts drü vo dene Sensore: eine für d’Längsachse, eine für d’Querachse und eine für d’Höchi (X, Y und Z-Achse).
De Computer im Handy rächnet dänn us de Date vo allne drü Achse us, wo de magnetischi Norde isch. Das isch au de Grund, warum d’Kompass-App mängisch spinnt, wänn mer s’Handy nöch an em Luutsprecher oder eme andere Magnet hebt. D’Sensore mässed nämlich jedes Magnetfeld, nöd nur das vo de Erde.
Deklination und Inklination: D’Tücke vo de Navigation
Wär s’Gfühl hät, de Kompass zeigi immer schnurgerad zum Nordpol, de irrt sich. Es git zwei wichtigi Phänomen, wo mer känne muess, wänn mer exakt navigiere wett. S’Einti isch d‘Deklination (Misswiisig). De magnetischi Pol wanderet nämlich stetig. Er isch nöd deckigsglich mit em geografische Nordpol (dä Punkt, wo d’Erdachse durgaht). I de Schwiiz isch die Abwiichig momentan relativ chlii (ca. 2 bis 3 Grad), aber i andere Teile vo de Wält, wie zum Biispiel in Kanada oder Neuseeland, chan d’Differenz so gross sii, dass mer sich ohne Korrektur komplett verlauft.
S’Andere Phänomen isch d‘Inklination. Das beschribt de Winkel, mit dem d’Feldlinie in Bode iitauched. Am Äquator verlaufed d’Linie fast parallel zur Oberflächi, aber a de Pol stürzed sie senkrächt abe. En Kompass, wo für d’Schwiiz «tariert» (usbalanciert) isch, würd in Auschtralie nöd funktioniere, will d’Noodle dött so starch am Ghüüs chratze würd, dass sie festsitzt. Wältreisendi bruched drum entweder en globale Kompass mit spezieller Lagerig oder verschideni Modell für di verschiedene Hemisphäre.
Störfaktore im Alltag und wie mer sie vermeidet
Technik isch super, aber aafällig. En Kompass reagiert uf alles, was magnetisch isch oder Strom leitet. Das nennt mer Deviation oder Ablänkig. I de Praxis heisst das:
Bim Wandere sött mer de Kompass nie direkt näb em Smartphone, de Armbanduhr oder em Gurt-Schnalle hebe. Im Auto isch en normale Magnetkompass fast nutzlos, will d’Karosserie us Stahl s’Erdmagnetfeld abschirmt oder verzerrt. Schiff und Flugzüüg händ drum spezielli «Kompensierigsmagnete» iibaut oder nutzed hützutags Gyrokompasse (Kreiselkompasse), wo nöd uf Magnetismus, sondern uf d’Erdrotation reagiered und drum viel stabiler sind.
Bim Smartphone merkt mer d’Störig oft dänn, wänn d’Charte-App ois ufforderet, s’Grät in ere «8er-Schleife» z’bewege. Das dient dezue, d’Sensore neu z’kalibriere und störendi Magnetfelder, wo villicht vom Handy sälber chömed (z.B. vom Luutsprecher), usezrächne.
Hüfig gstellti Frage zum Thema Kompass (FAQ)
Zeigt de Kompass immer exakt nach Norde?
Nei, er zeigt zum magnetische Nordpol. Je nach Standort uf de Wält muess mer d’Abwiichig zum geografische Nordpol (Deklination) mit iirächne, wänn mer exakt nach Charte laufe wett.
Warum hät min Kompass e Luftblatere i de Flüssigkeit?
Das passiert oft, wänn de Kompass sehr chalt wird (z.B. im Winter oder im Frachtruum vom Flugzüüg), will sich d’Flüssigkeit zämmezieht. Normalerwiis isch das s’Endi vom Kompass, will d’Blatere d’Noodle cha blockiere. Gueti Kompasse sind so baut, dass sich s’Ghüüs chli cha dehne oder zämmeziehe.
Funktioniert en Kompass au im Weltall?
Jein. Nöch bi de Erde (z.B. uf de ISS) funktioniert er no, will s’Erdmagnetfeld wiit use reicht. Aber je wiiter weg mer isch, desto schwächer wird es. Ufem Mars brüchti mer en andere Kompass, aber de Mars hät gar kei globals Magnetfeld meh, drum wärs dött schwierig.
Was isch de Unterschied zwüsched GPS und Kompass?
GPS (Satellitenavigation) bestimmt dini Position (wo bin ich?). De Kompass bestimmt dini Usrichtig (i weli Richtig lueg ich?). Ohni Bewegig weiss s’GPS nöd, i weli Richtig du luegsch. De Kompass weiss es immer.
D’Zuekunft vo de Orientierig: Sensorfusion
Interessant isch, dass hütigi Technologie nümme uf nur ei Grät setzt. Moderni Navigationssystem, sig es im Auto, im Flüüger oder au in Roboter-Staubsuger, betribed sogenannti «Sensorfusion». De magnetischi Kompass lieferet d’Himmelsrichtig. S’Gyroskop (de Drähi-Sensor) misst schnelli Bewegige und Drehige viel präziser als de Kompass. Und de Beschleunigungssensor merkt, wänn und wie schnell mer sich bewegt.
Zäme mit de GPS-Date entstaht so es extrem stabils Bild vo de Lag im Ruum. De magnetischi Kompass dient debii oft als «absolute Referenz». Während es Gyroskop mit de Ziit liicht abdrifte chan (sogenannte Drift), blibt s’Erdmagnetfeld konstant. D’Software korrigiert also de Fehler vom Gyroskop immer wieder ahand vom Kompass. So verschmelzed uralts Wüsse über de Erdmagnetismus mit modernster Chip-Technologie, damit mir ois i de komplexe Wält Zurechtfindet – egal öb im dichte Nebel uf em Üetliberg oder im Grossstadtdschungel vo Züri.
