Magnetismus und Magnetfeld

Schon seit Jahrhunderten vor Christus war bekannt, dass einige Eisenerze wie Magnetit kleine Eisenstücke anziehen. Diese Eigenschaft heißt Magnetismus und deshalb gibt es natürliche Magnete wie Magnetit oder künstliche Magnete, beispielsweise aus magnetisiertem Eisen oder aus anderen ferromagnetischen Metallen wie Mangan, Kobalt etc.

Magnetfeld

Das Magnetfeld ist die Störung, die ein Magnet im umgebenden Raum verursacht. Es manifestiert sich durch Wechselwirkungen mit anderen Magneten oder durch elektrische Ströme und bewegte Ladungen. Grafisch wird die Existenz dieses Feldes durch Feldlinien dargestellt, die stets geschlossen sind; die Tangente in jedem Punkt gibt die Richtung der Feldstärke an.

Magnetspule und Elektromagnet

Eine Magnetspule besteht aus mehreren meist runden, parallelen Windungen mit kleinem Radius im Vergleich zur Länge. Führt man in die Magnetspule einen Eisenkern ein, so nennt man das Gerät einen Elektromagneten.

Verteilung des magnetischen Feldes

Die Zirkulation des Magnetfeldes entlang einer geschlossenen Linie ist gleich dem Produkt aus der magnetischen Permeabilität und der Stromstärke, die durch die von der Linie eingeschlossene Fläche fließt. In konservativen Feldern ist die Zirkulation eines Feldes entlang einer geschlossenen Linie Null. Da dies im Magnetfeld nicht der Fall ist, sagt man, dass das Magnetfeld nicht konservativ ist.

Bewegung geladener Teilchen im Magnetfeld

Die magnetische Kraft steht senkrecht zur Geschwindigkeit; sie verändert die Richtung der Geschwindigkeit, nicht deren Betrag. Das heißt, sie bewirkt nur eine normale (zentripetale) Beschleunigung der Ladung. Wenn also eine bewegte Ladung ein Magnetfeld durchdringt, ändert sich ihre Bahn und sie wird gekrümmt.

Zusammenfassung: Die Bewegung einer Ladung in einem homogenen Magnetfeld ist gekrümmt. Ist das Magnetfeld homogen und ist der Betrag der Geschwindigkeit konstant, so ist die Bewegung kreisförmig und gleichmäßig.

Wiederholung

Schon seit Jahrhunderten vor Christus war bekannt, dass einige Eisenerze wie Magnetit kleine Eisenstücke anziehen. Diese Eigenschaft heißt Magnetismus und deshalb gibt es natürliche Magnete wie Magnetit oder künstliche Magnete, beispielsweise aus magnetisiertem Eisen oder aus anderen ferromagnetischen Metallen wie Mangan, Kobalt etc.

Das Magnetfeld ist die Störung, die ein Magnet im umgebenden Raum verursacht. Es manifestiert sich durch Wechselwirkungen mit anderen Magneten oder durch elektrische Ströme und bewegte Ladungen. Grafisch wird die Existenz dieses Feldes durch Feldlinien dargestellt, die stets geschlossen sind; die Tangente in jedem Punkt gibt die Richtung der Feldstärke an.

Eine Magnetspule besteht aus mehreren meist runden, parallelen Windungen mit kleinem Radius im Vergleich zur Länge. Führt man in die Magnetspule einen Eisenkern ein, so nennt man das Gerät einen Elektromagneten.

Wiederholung: Verteilung des magnetischen Feldes

Die Zirkulation des Magnetfeldes entlang einer geschlossenen Linie ist gleich dem Produkt aus der magnetischen Permeabilität und der Stromstärke, die durch die von der Linie eingeschlossene Fläche fließt. In konservativen Bereichen ist die Zirkulation entlang einer geschlossenen Linie Null. Da dies im Magnetfeld nicht der Fall ist, sagt man, dass das Magnetfeld nicht konservativ ist.

Wiederholung: Bewegung geladener Teilchen

Die magnetische Kraft steht senkrecht zur Geschwindigkeit; sie verändert die Richtung der Geschwindigkeit, nicht deren Betrag. Somit bewirkt sie beim geladenen Teil nur eine normale (zentripetale) Beschleunigung. Wenn eine bewegte Ladung ein Magnetfeld durchdringt, ändert sich ihre Bahn und sie wird gekrümmt.

Die Bewegung einer Ladung in einem homogenen Magnetfeld ist gekrümmt. Ist das Magnetfeld homogen und ist die Geschwindigkeit konstant in ihrem Betrag, so ist die Bewegung kreisförmig und gleichmäßig.

Analogie und Unterschiede

Analogie: Beide Felder entstehen aus elektrischen Phänomenen. Die Intensität elektrischer und magnetischer Felder hängt oft von der Entfernung zum Ort der Messung ab; in vielen einfachen Fällen folgt sie einem umgekehrten Quadratgesetz. Beide Felder hängen zudem von den materiellen Trägern ab.

Unterschiede:

• Das Magnetfeld wird insbesondere durch bewegte Ladungen erzeugt.
• Elektrische Feldlinien können offen sein, magnetische Feldlinien sind stets geschlossen.
• Es gibt unterschiedliche elektrische Ladungen (positiv und negativ), aber keine isolierten magnetischen Pole.
• Elektrische Felder sind in vielen Fällen konservative, zentrale Kraftfelder; das Magnetfeld ist im Allgemeinen nicht konservativ. Daher ist für das Magnetfeld ein skalares Potential nicht allgemein definiert wie beim elektrischen Feld.

Wiederholung: Analogie und Unterschiede

Analogie: Beide Felder entstehen aus elektrischen Phänomenen. Die Intensität elektrischer und magnetischer Felder hängt oft von der Entfernung zum Ort der Messung ab; in vielen einfachen Fällen folgt sie einem umgekehrten Quadratgesetz. Beide Felder hängen zudem von den materiellen Trägern ab.

Unterschiede:

• Das Magnetfeld wird insbesondere durch bewegte Ladungen erzeugt.
• Elektrische Feldlinien können offen sein, magnetische Feldlinien sind stets geschlossen.
• Es gibt unterschiedliche elektrische Ladungen (positiv und negativ), aber keine isolierten magnetischen Pole.
• Elektrische Felder sind in vielen Fällen konservative, zentrale Kraftfelder; das Magnetfeld ist im Allgemeinen nicht konservativ. Daher ist für das Magnetfeld ein skalares Potential nicht allgemein definiert wie beim elektrischen Feld.