Magnetfelder: Eine umfassende Übersicht

Magnetfeld

Ein Magnetfeld ist die Störung des Raumes, die durch einen Magneten erzeugt wird. Es manifestiert sich durch die Interaktionen, die in diesem Bereich andere Magneten, elektrische Ströme (Oersted) oder bewegte Ladungen erfahren. Bewegte elektrische Ladungen erzeugen Magnetfelder, während ruhende dies nicht tun. Die auf eine bewegte Ladung in einem Magnetfeld wirkende Kraft wird als Lorentz-Kraft bezeichnet.

Analogie: Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen elektrischen und magnetischen Feldern

Ähnlichkeiten

• Sowohl elektrische als auch magnetische Felder werden durch elektrische Ladungen erzeugt.
• Die elektrische Feldstärke hängt umgekehrt vom Quadrat der Entfernung zu dem Punkt ab, an dem wir die Messung durchführen.
• Beide Felder hängen vom Material ab.

Unterschiede

• Die Ladungen, die das Magnetfeld erzeugen, müssen in Bewegung sein.
• Elektrische Feldlinien sind offen, magnetische geschlossen.
• Es gibt zwei unterschiedliche elektrische Ladungen, aber keine getrennten magnetischen Pole.
• Elektrische Felder sind konservative Felder von Zentralkräften, magnetische nicht. Daher sind für magnetische Felder weder das Potential noch die potentielle Energie definiert.

Verhalten der Materie

Im elektrischen Feld nimmt die Feldstärke ab, während sie im Magnetfeld zunimmt. Es gibt Stoffe, die die Intensität verringern, und andere, die sie erhöhen. Daher werden Stoffe in Bezug auf das Magnetfeld wie folgt klassifiziert:

• Diamagnetisch: wie Gold, Silber, Kupfer, Wasser. Die Feldstärke ist geringer als im Vakuum, da sie eine geringere magnetische Permeabilität aufweisen.
• Paramagnetisch: wie Platin, Chrom, Mangan, Aluminium, Sauerstoff. Die Feldstärke ist größer als im Vakuum, da sie eine größere magnetische Permeabilität aufweisen.
• Ferromagnetisch: wie Eisen, Kobalt, Nickel. Das Feld ist viel größer als im Vakuum, da sie eine sehr hohe magnetische Permeabilität aufweisen.

Magnetischer Fluss

Der magnetische Fluss ist definiert als die Anzahl der Feldlinien, die eine bestimmte Fläche durchqueren.

Faraday-Henry-Gesetz

Wenn der magnetische Fluss durch die Spulen eines Stromkreises mit der Zeit variiert, wird in diesem Stromkreis eine induzierte elektromotorische Kraft erzeugt, die direkt proportional zur Anzahl der Windungen und zur Änderung des Flusses ist.

Lenzsches Gesetz

Der durch eine Änderung des magnetischen Flusses induzierte Strom fließt so, dass er sich der Änderung des Flusses widersetzt.

Elektromagnetische Wellen

Elektromagnetische Wellen haben folgende Eigenschaften:

• Sie sind transversale Wellen.
• Sie benötigen kein materielles Medium zur Ausbreitung.
• Sie werden durch beschleunigte elektrische Ladungen verursacht.
• Die beschleunigten Ladungen erzeugen ein veränderliches elektrisches Feld, das wiederum ein Magnetfeld senkrecht zum elektrischen Feld erzeugt.