Direkt zum Inhalt

Pfadnavigation

  1. Startseite
  2. Physik Abitur
  3. 4 Elektrizitätslehre und Magnetismus
  4. 4.2 Das magnetische Feld
  5. 4.2.1 Magnetische Felder von Dauer- und Elektromagneten
  6. Magnetfeld der Erde

Magnetfeld der Erde

Unsere Erde ist ein großer Magnet. Allerdings ist die mittlere Stärke des Magnetfeldes der Erde relativ gering. Sie beträgt nur etwa 50 mT. Trotz dieses geringen Wertes richtet sich eine frei bewegliche Magnetnadel entsprechend des Verlaufes der Feldlinien aus. Da die geografischen Pole und die Magnetpole der Erde in grober Näherung eine ähnliche Lage haben, kann die Ausrichtung einer Magnetnadel zur Bestimmung der Himmelsrichtung mithilfe eines Kompasses genutzt werden. Das Feld in der Nähe der Erdoberfläche ähnelt dem eines Stabmagneten, in größerer Entfernung treten aufgrund des Sonnenwindes erhebliche Verformungen auf.
Die Lage der Magnetpole ist nicht konstant. In großen Zeiträumen können auch Umpolungen des Erdmagnetfeldes auftreten.

Schule wird easy mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.
Jetzt 30 Tage risikofrei testen
Your browser does not support the video tag.

Unsere Erde ist ein großer, allerdings recht schwacher Magnet (Bild 1). Das wurde zuerst von WILLIAM GILBERT (1544-1603) erkannt. Die mittlere Stärke des Magnetfeldes der Erde relativ gering. Sie beträgt zwischen 60 μT in Polnähe und 20 μT im Äquatorbereich .
Dabei kann man zwischen der Vertikalintensität und der Horizontalintensität des Erdmagnetfeldes unterscheiden. In Mitteleuropa beträgt die Horizontalintensität des Erdmagnetfeldes etwa 20 μT .
Trotz dieses geringen Wertes richtet sich eine frei bewegliche Magnetnadel entsprechend des Verlaufes der Feldlinien aus.
Die magnetischen Pole der Erde fallen mit den geografischen Polen nicht zusammen. Beide Polarten sind aber doch so nahe beieinander, dass man sich mit einem Kompass relativ einfach auf der Erdoberfläche in Richtung Nord-Süd orientieren kann. Die Erdachse und die magnetische Achse sind gegenwärtig um ca. 11,4° gegeneinander geneigt. Die Abweichung zwischen tatsächlicher Himmelsrichtung und der von einem Kompass angezeigten Richtung, die magnetische Deklination, beträgt im mitteleuropäischen Bereich etwa 2° bis 3°. Dabei ist zu beachten: Der magnetische Südpol befindet sich dabei in der Nähe des geografischen Nordpols, der magnetische Nordpol in der Nähe des geografischen Südpols. Das bedeutet: Nach Norden zeigt der Nordpol der Magnetnadel.
Das Erdmagnetfeld ist zeitlichen und räumlichen Schwankungen unterworfen, die durch magnetische Observatorien erfasst werden. Auch die Lage der Magnetpole ist nicht konstant, sondern Veränderungen unterworfen.

  • Magnetfeld der Erde in Erdnähe: Es ähnelt dem Feld eines Stabmagneten.

Entstehung des Erdmagnetfeldes

Die Erde besitzt einen Kern aus Eisen, sodass man annehmen könnte, das Erdmagnetfeld würde von einem Eisenmagneten erzeugt. Diese Idee ist aber nicht zutreffend, denn der Eisenkern der Erde befindet sich in einen glühenden Zustand. Wenn man Eisen stark erhitzt, verliert es seine Eigenschaften als Dauermagnet. Da ein Dauermagnet ausscheidet, bleibt als Erklärungsmodell nur noch der Dynamoeffekt übrig. Bild 2 zeigt einen einfachen Scheibendynamo. In der rotierenden Scheibe wird ein elektrischer Strom induziert, der zwischen Rotationsachse und äußerem Scheibenrand abgegriffen werden kann.

  • Einfacher Scheibendynamo

In Bild 3 ist dieses Prinzip geringfügig abgeändert. Der Dynamo rotiert und ein Schleifkontakt verbindet den äußeren Scheibenrand mit der Rotationsachse. Allerdings befindet sich die Anordnung nicht in einem äußeren Magnetfeld. Eine kleine magnetische Störung in der Umgebung induziert einen minimalen Stromfluss, der aufgrund des lenzschen Gesetzes seinerseits dem Abbau des Störfeldes entgegenwirkt und es dadurch verstärkt. Der Dynamo erzeugt sein eigenes Magnetfeld - er ist selbsterregend.
Ein ähnlicher Vorgang spielt sich in der Erde ab. Das Erdmagnetfeld induziert einen elektrischen Strom in dem leitfähigen und flüssigen erdinneren Material, der dem Abbau dieses Feldes entgegenwirkt. Die dabei auftretenden Strömungsprozesse sind extrem kompliziert und wurden bislang auch noch nicht vollständig verstanden.

  • Sich selbst erregender Scheibendynamo - ein Modell für die Entstehung des Erdmagnetfeldes

Die Schutzwirkung des Erdmagnetfeldes

Das gesamte die Erde umgebende Magnetfeld nennt man Magnetosphäre. Die von der Sonne ausgehenden elektrisch geladenen Teilchen, der sogenannte Sonnenwind, verformt die Magnetosphäre. In Richtung zur Sonne reicht sie deshalb nicht so weit in den Weltraum hinaus, wie auf der sonnenabgewandten Seite der Erde (Bild 4), wo sich ein regelrechter Magnetschweif bildet. Das Erdmagnetfeld schützt uns vor den teilweise sehr energiereichen Teilchen in der Sonnenstrahlung.
Treffen diese Teilchen auf die Magnetosphäre, werden sie gezwungen, sich entlang der magnetischen Feldlinien zu bewegen. Sie wandern auf spiralförmigen Bahnen entlang dieser Feldlinien zu den magnetischen Polen und treten erst dort in die Erdatmosphäre ein. Die dabei auftretende Leuchterscheinung nennt man Polarlichter. Diese treten an beiden Magnetpolen auf.

  • Magnetfeld der Erde in größerer Entfernung von der Erdoberfläche. Die Zahlen sind Vielfache des Erdradius.
Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Magnetfeld der Erde." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/magnetfeld-der-erde (Abgerufen: 20. May 2025, 03:07 UTC)

Suche nach passenden Schlagwörtern

  • Magnetnadel
  • William Gilbert
  • Polarlichter
  • Dynamoeffekt
  • magnetischer Nordpol
  • magnetische Pole
  • magnetische Observatorien
  • Sonnenwind
  • Horizontalintensität des Erdmagnetfeldes
  • Magnetschweif
  • selbsterregter Dynamo
  • Vertikalintensität des Erdmagnetfeldes
  • Erdmagnetfeld
  • Scheibendynamo
  • Kompass
  • Magnetfeld der Erde
  • magnetische Deklination
  • magnetischer Südpol
  • Magnetosphäre
Jetzt durchstarten

Lernblockade und Hausaufgabenstress?

Entspannt durch die Schule mit KI-Tutor Kim und Duden Learnattack.

  • Kim hat in Deutsch, Mathe, Englisch und 6 weiteren Schulfächern immer eine von Lehrkräften geprüfte Erklärung, Video oder Übung parat.
  • 24/7 auf Learnattack.de und WhatsApp mit Bildupload und Sprachnachrichten verfügbar. Ideal, um bei den Hausaufgaben und beim Lernen von Fremdsprachen zu unterstützen.
  • Viel günstiger als andere Nachhilfe und schützt deine Daten.

Verwandte Artikel

Elektromotoren

Elektromotoren dienen der Umwandlung von elektrischer Energie in mechanische Energie, die dann zur Verrichtung von mechanischer Arbeit eingesetzt wird. Sie nutzen für diese Umwandlung das folgende physikalische Wirkprinzip: Befindet sich ein stromdurchflossener Leiter in einem Magnetfeld, dann wirkt auf ihn eine Kraft bzw. ein Drehmoment. Elektromotoren sind so konstruiert, dass dieses Drehmoment zu einer periodischen Drehbewegung führt. Nach der Betriebsstromart unterscheidet man zwischen Gleichstrommotoren und Wechselstrommotoren. Nach der Art der Schaltung wird zwischen Nebenschlussmotor und Hauptschlussmotor differenziert. Eine wichtige Unterteilung ist auch die in Synchronmotoren und Asynchronmotoren.

Elektrisches Feld

Das elektrische Feld ist ein bestimmter Zustand des Raumes um einen geladenen Körper. Ein solches elektrisches Feld ist mit unseren Sinnesorganen nicht wahrnehmbar. Es ist aber an seinen Wirkungen erkennbar. Ein elektrisches Feld ist dadurch gekennzeichnet, dass auf andere elektrisch geladene Körper, die sich in ihm befinden, Kräfte ausgeübt werden.
Elektrische Felder können mit dem Modell Feldlinienbild veranschaulicht werden, das auf MICHAEL FARADAY (1791-1867) zurückgeht. Dabei kann man zwischen homogenen und inhomogenen Feldern unterscheiden.
Elektrische Felder können auch mit den Feldgrößen elektrische Feldstärke und dielektrische Verschiebung beschrieben werden.

Fernwirkung und Nahwirkung

Ausgehend vom coulombschen Gesetz und vom Gravitationsgesetz lag die Vermutung nahe, dass Kräfte zwischen Körpern durch den Raum übertragen werden, ohne dass ein übertragendes Medium vorhanden ist. Die Kräfte wirken unmittelbar zwischen den Körpern. Man spricht deshalb von der Fernwirkung oder auch von der Fernwirkungstheorie. Sie diente lange Zeit als Arbeitshypothese zur Erklärung der elektrischen, magnetischen und Gravitationswechselwirkungen zwischen Körpern.
MICHAEL FARADAY nahm dagegen an, dass sich durch die Anwesenheit eines Körpers der Raum selbst verändert und zum Träger physikalischer Eigenschaften wird. Kräfte werden dann durch diesen Raum vermittelt. Diese Auffassung geht also von einer Nahwirkung aus. Sie wird als Nahwirkungstheorie oder als Feldtheorie bezeichnet.

Magnetische Flussdichte und magnetische Feldstärke

Ein magnetisches Feld kann man mit dem Modell Feldlinienbild kennzeichnen. Quantitativ lässt es sich durch die feldbeschreibenden Größen magnetische Flussdichte und magnetische Feldstärke charakterisieren. Die magnetische Flussdichte B, die heute vorzugsweise verwendet wird, ist folgendermaßen definiert:
B = F Ι ⋅ l
Die magnetische Feldstärke H ist mit der magnetischen Flussdichte folgendermaßen verknüpft:
B = μ 0 ⋅ μ r ⋅ H

Das Induktionsgesetz

Das Induktionsgesetz ist ein grundlegendes physikalisches Gesetz und die Grundlage für die Wirkungsweise solcher Geräte wie Transformatoren und Generatoren. In Worten kann man es so formulieren:
In einer Spule wird eine Spannung induziert, wenn sich das von der Spule umfasste Magnetfeld ändert. Der Betrag der Induktionsspannung ist umso größer, je schneller sich das von der Spule umfasste Magnetfeld ändert.
Eine allgemeine mathematische Formulierung des Induktionsgesetzes lautet:
U i = − N ⋅ d φ d t oder U i = − N ⋅ d ( B ⋅ A ) d t
Aus dieser allgemeinen Formulierung kann man alle wesentlichen Spezialfälle ableiten, insbesondere auch diejenigen, die der Wirkungsweise von Transformatoren und Generatoren zugrunde liegen.

Ein Angebot von

Footer

  • Impressum
  • Sicherheit & Datenschutz
  • AGB
© Duden Learnattack GmbH, 2025