Grundlagen der Elektromagnetik

Analogien

• Beide Felder werden durch elektrische Ladungen erzeugt.
• Die Intensität des elektrischen und magnetischen Feldes hängt umgekehrt vom Quadrat der Entfernung zum Messpunkt ab.
• Beide Felder hängen vom materiellen Träger ab.

Unterschiede

• Die Ladungen, die ein Magnetfeld erzeugen, müssen in Bewegung sein.
• Die elektrischen Feldlinien sind offen, die magnetischen hingegen geschlossen.
• Es gibt unterschiedliche elektrische Ladungen, aber keine isolierten magnetischen Pole.
• Elektrische Felder sind konservative Zentralkräfte; magnetische Felder sind dies nicht, weshalb keine potentielle Energie oder ein Potential definiert ist.

Definition des Magnetfelds

Das Magnetfeld ist die Störung, die durch einen Magneten im Raum verursacht wird. Sie manifestiert sich durch Wechselwirkungen mit anderen Magneten oder elektrischen Strömen (bewegten Ladungen).

Ampèresches Gesetz

Ampères Theorem: „Das Wegintegral des Magnetfeldes entlang einer geschlossenen Linie ist das Produkt aus magnetischer Permeabilität und der Stromstärke, die durch die von der Linie begrenzte Fläche fließt.“ Das Magnetfeld ist nicht konservativ.

Einheiten

• Tesla: Das Magnetfeld, das eine Kraft von einem Newton auf eine Ladung von einem Coulomb ausübt, die sich senkrecht zum Magnetfeld mit einer Geschwindigkeit von 1 m/s bewegt.
• Ampere: Die Stromstärke, die bei zwei geraden, parallelen Drähten im Abstand von 1 m im Vakuum eine Kraft von 2 × 10^-7 N pro Meter Drahtlänge erzeugt.

Elektromagnetische Induktion

Die Variation (Zunahme oder Abnahme) des magnetischen Flusses erzeugt induzierte elektrische Ströme.

Faraday-Henry-Gesetz

Wenn der magnetische Fluss durch die Windungen einer Schaltung mit der Zeit variiert, wird in dieser Schaltung eine induzierte elektromotorische Kraft erzeugt, die direkt proportional zur Anzahl der Windungen und der zeitlichen Änderung des Flusses ist.

Lenzsche Regel

Der durch eine Änderung des magnetischen Flusses induzierte Strom wirkt dieser Änderung entgegen.