Ein Magnetfeld, auch Vektorfeld genannt, ist der magnetische Einfluss auf bewegte elektrische Ladungen, magnetische Materialien und elektrische Ströme.

Magnetfelder zwingen elektrisch geladene Teilchen, sich auf einer Kreis- oder Spiralbahn zu bewegen, und die geladenen Teilchen üben eine Kraft aus, die senkrecht zu ihrer eigenen Geschwindigkeit und dem Magnetfeld steht. Ein Magnetfeld kann als der Bereich um einen Magneten herum ausgedrückt werden, in dem die Wirkung des Magnetismus zu spüren ist.

Das Magnetfeld kann mit B oder H bezeichnet werden. Mathematisch wird es durch Größen bezeichnet, die als Vektoren bekannt sind und sowohl eine Richtung als auch einen Betrag haben.

Zwei verschiedene Vektoren helfen, ein Magnetfeld darzustellen: die magnetische Flussdichte (oder magnetische Induktion) und die magnetische Feldstärke (oder magnetische Feldstärke).

Die Einheit des Magnetfeldes ist das Tesla und seine Basiseinheit ist das (Newton.Sekunde)/Coulomb. Es ist bekannt, dass sich Magnetfeldlinien nicht kreuzen. Vielmehr bilden die Magnetfeldlinien geschlossene Schleifen, die vom Nordpol ausgehen und am Südpol enden. Die Dichte der Feldlinien zeigt im Allgemeinen die Stärke des Feldes an.

Was ist ein Magnetfeld?

• Ein Magnetfeld ist ein Feld, das durch die Bewegung von elektrischen Ladungen entsteht.
• Ein Magnetfeld kann als der Bereich um einen Magneten definiert werden, in dem die Wirkung des Magnetismus zu spüren ist.
• Es handelt sich um ein Kraftfeld, das eine Kraft auf Materialien wie Eisen ausübt, wenn es in seine Nähe kommt.
• Magnetische Felder benötigen kein Medium, um sich auszubreiten; sie können sich sogar im Vakuum ausbreiten.
• Das magnetische Feld hat eine größere Energiespeicherkapazität als das elektrische Feld, was es vom elektrischen Feld unterscheidet und seine Verwendung in allen elektromechanischen Geräten wie Transformatoren, Motoren und Generatoren ermöglicht.

Magnetisches Feld

• Ein Magnetfeld ist ein Vektorfeld, das sich gewöhnlich in der Nähe eines Magneten, eines elektrischen Stroms oder eines sich ändernden elektrischen Feldes befindet, wo magnetische Kräfte nachweisbar sind.
• Magnetisches Feld und elektrisches Feld sind im Allgemeinen zwei miteinander verbundene Begriffe und gehören im Wesentlichen zur elektromagnetischen Kraft.

Häufig gestellte Fragen

Wie stellt man die Magnetfeldlinien eines Stabmagneten dar?

Im Falle eines Stabmagneten steigen die Feldlinien vom Nordpol auf und treten am Südpol in den Magneten ein. Diese Linien durchdringen dann den Magneten bis zum Nordpol, wo sie wieder auftauchen.

Geschichte des Magnetfeldes

Das Magnetfeld wurde erstmals 1269 untersucht, als der französische Gelehrte Petrus Peregrinus de Maricourt Eisennadeln benutzte, um das Magnetfeld auf der Oberfläche eines kugelförmigen Magneten abzubilden.

Er sah, dass sich die resultierenden Feldlinien in zwei Punkten kreuzten. Diese Punkte wurden "Pole" genannt. Aus dieser Beobachtung schloss er, dass ein Magnet, egal wie fein er geschnitten ist, immer einen Nord- und einen Südpol hat.

William Gilbert behauptete drei Jahrhunderte später, die Erde sei ein Magnet.

Nach John Mitchell, einem englischen Geistlichen und Philosophen, ziehen sich magnetische Pole gegenseitig an und stoßen sich ab; er stellte diese Behauptung 1750 auf.

Charles-Augustin de Coulomb wies 1785 experimentell das Magnetfeld der Erde nach.

Im neunzehnten Jahrhundert stellten neue Entdeckungen die bisher akzeptierten Ansichten in Frage.

Hans Christian Orsted, ein dänischer Physiker und Chemiker, entdeckte 1819, dass ein elektrischer Strom ein Magnetfeld um sich herum erzeugt.

André-Marie Ampère schlug 1825 ein Modell des Magnetismus vor, in dem die magnetische Kraft auf kontinuierlich fließende Stromschleifen und nicht auf Dipole magnetischer Ladung zurückzuführen war.

Faraday, ein englischer Wissenschaftler, wies 1831 nach, dass ein sich änderndes Magnetfeld ein elektrisches Feld erzeugt. Er entdeckte die elektromagnetische Induktion.

James Clerk Maxwell veröffentlichte zwischen 1861 und 1865 Theorien über Elektrizität und Magnetismus und entwickelte die Maxwellschen Gleichungen. Diese Gleichungen beschrieben die Wechselwirkung von Elektrizität und Magnetismus im Detail.

Illustration eines Magnetfeldes

Typischerweise kann ein Magnetfeld auf zwei Arten dargestellt werden.

• Magnetischer Feldvektor
• Magnetische Feldlinien

Magnetischer Feldvektor

Ein Magnetfeld wird mathematisch als ein Vektorfeld beschrieben. Es wird angenommen, dass das Magnetfeld sowohl eine Größe als auch eine Richtung hat. Ein Vektorfeld kann als ein Gitter von Vektoren dargestellt werden. Die Länge des Vektors wird durch die Stärke der magnetischen Anziehung bestimmt.

Magnetische Feldlinien

Magnetische Feldlinien sind imaginäre Linien, die einen Magneten umgeben. Die Dichte der Feldlinien gibt seine Größe an. Das Magnetfeld ist um die Süd- und Nordpole des Magneten am stärksten und wird schwächer, wenn es sich von den Polen entfernt.

Magnetfeldlinien-Experiment

Im Allgemeinen ist das Magnetfeld in der Nähe des Nord- und Südpols am stärksten und wird schwächer, wenn man sich von den Polen entfernt. Das folgende Experiment:

Was du brauchst

Ein Blatt weißes Papier, einen Stabmagneten, Eisenfeilspäne

Experiment

-<! Lege ein weißes Blatt Papier auf den Tisch und platziere einen Stabmagneten in der Mitte darunter.

-<! Streue Eisenfeilspäne um den Magneten herum.

-<! Tippen Sie das Papier vorsichtig an.

-<! Es ist zu erkennen, dass sich die Eisenspäne in einem präzisen Muster ausrichten, das das Feld des Magneten nachbildet.

-<! Wenn man sich diese Späne genau anschaut, sieht man, dass sich die Eisenspäne in der Nähe der Pole am meisten um den Magneten sammeln, aber die Konzentration nimmt ab, je weiter sie von den Polen entfernt sind.

Quelle:QuantumBoffin

Eigenschaften von Magnetfeldlinien

Einige der wichtigsten Eigenschaften von Magnetfeldlinien sind:

• Magnetische Feldlinien kreuzen sich nie.
• Er bewegt sich auf dem Weg des geringsten Widerstands zwischen den entgegengesetzten Magnetpolen. Die Magnetfeldlinien eines Stabmagneten bewegen sich in geschlossenen Schleifen von einem Pol zum anderen.
• Die Magnetfeldlinien werden gleich lang sein.
• Die Dichte von Stromleitungen nimmt ab, wenn sie sich von einer Region mit höherer Permeabilität zu einer Region mit niedrigerer Permeabilität bewegen.
• Die Linien bewegen sich in einem materiellen Magnetfeld vom Südpol zum Nordpol, während sie in der Luft vom Nordpol zum Südpol fließen.
• Die magnetische Felddichte variiert mit der Entfernung vom Pol. Die Dichte nimmt ab, je weiter man sich vom Pol entfernt.

Wie man Magnetfeldlinien zeichnet

• Magnetische Kraftlinien können mit einem Zirkel, einem Stabmagneten und einem Stück Papier gezeichnet werden.
• Zuerst legen Sie das Papier auf das Zeichenbrett. Lege den Stabmagneten in die Mitte und markiere ihn mit einem Bleistift.
• Halten Sie den Kompass in der Nähe eines der Pole des Magneten. Achte darauf, dass sich kein anderes magnetisches Material in der Nähe befindet.
• Sie sehen den Kompasspfeil, der in viele Richtungen zeigt. Mache eine Punktmarkierung in diese Richtung.
• Entferne den Zirkel von diesem Punkt und lege ihn so auf den Punkt, dass die Basis des Pfeils im Punkt liegt.
• Machen Sie einen neuen Punkt in der Richtung, in die der Kompasspfeil jetzt zeigt.
• Wiederhole diese Methode, bis der Kompass den gegenüberliegenden Pol des Magneten trifft. Verbinde die Punkte. Kehren Sie zur vorherigen Position zurück und wiederholen Sie den Vorgang an der neuen Stelle.
• Nach dem Zeichnen einiger Linien ist klar, dass die Linien eine geschlossene Schleife bilden, die an einem Pol des Magneten zu beginnen und am anderen zu enden scheint. So werden Magnetfeldlinien gezeichnet.
• Die magnetischen Feldlinien variieren je nach Art der verwendeten Magnete.

Quelle: vt.physics

Wie wird ein Magnetfeld erzeugt?

Ein Magnetfeld kann nicht nur durch einen Magneten, sondern auch durch bewegte Ladungen oder elektrische Ströme erzeugt werden. Wir alle wissen, dass Materie aus kleinen Stücken besteht, die als Atome bezeichnet werden. Der Kern eines Atoms besteht aus Protonen und Neutronen, und um ihn herum kreisen Elektronen.

Das Magnetfeld wird durch die Rotation und das Kreisen von Protonen und Neutronen oder des Atomkerns erzeugt. Die Richtung des Magnetfeldes wird durch die Umlauf- und Rotationsrichtung bestimmt. Das Magnetfeld wird mathematisch durch den Buchstaben 'B' dargestellt. Tesla ist der Name seiner Einheit (T).

Magnetische Feldstärke

• Magnetische Feldstärke kann auch als magnetische Feldstärke oder magnetische Intensität definiert werden.
• Die magnetische Feldstärke kann durch den Vektor H dargestellt werden.
• Die magnetische Feldstärke kann als das Verhältnis definiert werden, das erforderlich ist, um eine bestimmte Flussdichte (B) innerhalb eines bestimmten Materials pro Längeneinheit dieses Materials zu erzeugen.
• Die magnetische Feldstärke kann in der Einheit Ampere/Meter gemessen werden.

Die Formel für die magnetische Feldstärke kann wie folgt dargestellt werden:

H = B/μ - M

Wobei:

B = magnetische Flussdichte

M = Magnetisierung

μ = magnetische Permeabilität

Tesla ist eine Einheit der magnetischen Feldstärke. Ein Tesla (1 T) kann als die Feldstärke ausgedrückt werden, die eine Kraft von einem Newton pro Ampere Strom pro Meter Leiter erzeugt.

Wie kann ein Magnetfeld noch erzeugt werden?

Ein Magnetfeld kann entstehen, wenn eine Ladung in Bewegung ist. Es gibt zwei weitere Möglichkeiten, die Ladung so anzuordnen, dass sie in Bewegung ist und weiterhin ein nützliches Magnetfeld erzeugt.

1. Ein Magnetfeld kann immer dann erzeugt werden, wenn sich eine elektrische Ladung in Bewegung befindet.

2. Dauermagnete funktionieren durch die Bewegung von Elektronen um Atomkerne. Nur bestimmte Materialien können zu Magneten gemacht werden, und einige sind viel stärker als andere.

Das Magnetfeld der Erde

Sir William Gilbert kartierte das Erdmagnetfeld erstmals im 16. Jahrhundert. Auf der Grundlage seiner Untersuchungen stellte er fest, dass die Erde magnetische Eigenschaften und ein Magnetfeld besitzt. Wenn man einen Magneten lose aufhängt und ihn in horizontaler Lage rotieren lässt, richtet er sich automatisch aus und bleibt in Nord-Süd-Richtung stehen.

Der Magnet wird so ausgerichtet, dass der Nordpol vom geografischen Süden und der Südpol vom geografischen Norden angezogen wird.

Hypothese über den Ursprung des Erdmagnetfeldes

1. Der Erdkern besteht aus einer heißen geschmolzenen Flüssigkeit, die Ionen enthält. Diese Ionen zirkulieren im Inneren der Flüssigkeit in Form von Stromschleifen und erzeugen ein Magnetfeld.

2. Die Erde dreht sich um ihre Achse und die Materie auf dem Planeten besteht aus geladenen Teilchen. Diese geladenen Teilchen in Form von Stromschleifen rotieren ebenfalls um die Erdachse und sind für die Entstehung des Magnetfeldes verantwortlich.

3.

3. Ionisierte Gase bilden die äußere Schicht der Erde. Wenn sich die Erde dreht, erzeugt die Bewegung der Ionen einen elektrischen Strom, der zur Entstehung eines Magnetfeldes führt.

Aber mehr über das Magnetfeld der Erde erfahren Sie in einem eigenen Artikel.

Quellen:

Magnetfeldphysik auf der Website der UK Faculty of Physics: https://physics.mff.cuni.cz/kfpp/prednasky/fmp/

Magnetfeldartikel bei Vesmír.cz: https://vesmir.cz/tag/magneticke-pole/

Magnetfeld auf Wikipedia: https://cs.wikipedia.org/wiki/Magnetick%C3%A9_pole

Online-Vorlesung über das Magnetfeld von Michel van Biezen auf YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=TKTNZBGD22w