Wir haben bereits gelernt, dass jede bewegte Elektrische Ladung (somit elektrischer Strom) zwangsläufig das Naturphänomen des Magnetismus hervorruft.
Konkret entsteht neben einem bestehenden elektrischen Feld zusätzlich ein magnetisches Feld.
Wir wollen diese Erkenntnis nun fortführen, indem wir klären, was den Magnetismus ausmacht und wie wir ihn mit welchen Größen und damit dessen Auswirkung beschreiben können.
Was macht Magnetismus aus?
Elektromagnetismus oder allgemein Magnetismus ist durch seine Wirkung definiert, konkret eine Kraftwirkung.
Die magnetische Kraftwirkung wird über das erzeugte Magnetische Feld ausgeübt und übertragen.
Magnetische Felder beeinflussen sich gegenseitig (siehe Abb. 1), ebenso auch elektrische Ladungen in ihrem Einflußgebiet. Letzere wird als sogenannte Lorentzkraft beschrieben, welcher wir ein eigenes Kapitel widmen werden.
Magnetische Auswirkungen, welcher Art zunächst auch immer, beschreiben wir durch ihre sicht- wie messbare Wirkung als Magnetismus.
Die Beschreibung des Magnetismus
Um das Vermögen dieser Wirkungen greif- und berechenbar zu machen, können Magnetische Felder analog zu Elektrischen Feldern zunächst durch Feldlinienbilder optisch dargestellt (siehe Abb. 2) als auch durch definierte Größen beschrieben werden.
1) Die Magnetische Feldstärke H
Mit der Bewegung von Ladungen in elektrischen Leitern wird ein Magnetisches Feld erzeugt (siehe Abb. 3), hier unter Anwendung der Linke-Hand-Regel:
Die Magnetische Feldstärke ändert sich bei konstantem Strom demnach mit Änderung des Radius . Nachdem in dargestellter Formel im Nenner steht, halbiert sich z.B. mit Verdoppelung des Radius .
Die nachfolgende Abb. 4 zeigt dies exemplarisch. Außerhalb des stromdurchflossenen Leiters ist somit die maximale Magnetische Feldstärke direkt auf der Leiteroberfläche (hier ) messbar und sinkt kontinuierlich mit Zunahme von Radius gemäß
Der Strom durch den Leiter sei in diesem Beispiel konstant:
2) Die Magnetische Flußdichte B
Schön und gut bislang das Magnetfeld durch die Magnetische Feldstärke als ursächliche Größe definiert zu haben.
Um nun aber konkret die Wirkung eines Magnetfeldes zu beschreiben, wurde die Magnetische Flußdichte definiert. Konkret stellt die Wirkung eine Kraft dar, welche auf bewegte Ladungen (also einem elektrischen Stromfluss in einem elektrischen Leiter) im Magnetfeld ausgeübt wird.
Die Kraft ist umso größer,
je stärker das Magnetfeld ist,
je länger der im Magnetfeld stromdurchflossene Leiter ist und
je größer die Stromstärke ist.
Formal ausgedrückt: ( steht für "proportional")
In nachfolgendem Versuchsaufbau (siehe Abb. 5) wirkt eine Kraft , welche das Leiterstück aus dem Magneten drücken würde (siehe die grün dargestellte Kraft F).
Aus diesem zunächst emphirischen Sachverhalt wurde historisch folgendermaßen definiert:
Warum die Magnetische Flußdichte gemäß ihres Namens eine Dichte ausdrückt, werden wir nachfolgend klären.
3) Der Magnetische Fluss (Phi)
Für eine einfache Herleitung betrachten wir im nachfolgendem Beispiel (siehe Abb. 6) das nahezu homogene Magnetfeld zwischen den beiden Schenkelpolen eines Hufeisenmagneten, dessen magnetische Feldlinien senkrecht eine definierte Fläche A durchströmen:
Glückwunsch! Somit haben wir mit diesem Artikel die grundlegenden Größen zur Beschreibung Magnetischer Felder kennengelernt.
Übungsaufgaben: Elektromagnetismus - Grundlagen & Größen - Teil 1
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