Magnetische Flussdichte und magnetische Feldstärke

Ähnlich wie beim elektrischen Feld verwendet man heute vorzugsweise eine der beiden Größen. Während beim elektrischen Feld vorrangig die elektrische Feldstärke genutzt wird, ist beim magnetischen Feld die magnetische Flussdichte die bevorzugte Größe.

Magnetische Flussdichte

Auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld wird eine Kraft ausgeübt. Diese Kraft hängt bei einer konstanten Stärke des magnetischen Feldes und bei einer bestimmten Länge des Leiters im Feld nur von der Stärke des Feldes selbst ab. Die Richtung der Kraft ist senkrecht zur Richtung des magnetischen Feldes und senkrecht zur Stromrichtung.

Genauer kann man die Zusammenhänge mit einer einfachen Versuchsanordnung untersuchen, die in Bild 2 dargestellt ist. Es wird die Abhängigkeit der Kraft F von verschiedenen Parametern erfasst. Der Leiter befindet sich senkrecht zu den Feldlinien des Magnetfeldes. Führt man die Untersuchungen durch, dann zeigt sich:

  • Bei konstanter Länge l ist die Kraft F auf den Leiter in einem homogenen Magnetfeld umso größer, je größer die Stromstärke I im Leiter ist. Es gilt:
    FΙ
  • Bei konstanter Stromstärke ist die Kraft F auf den stromdurchflossenen Leiter umso größer, je größer die Länge l ist, die sich im Magnetfeld befindet. Es gilt:
    Fl
  • Fasst man diese beiden Proportionalitäten zusammen, so erhält man für ein Magnetfeld bestimmter Stärke:
    FΙl oder FΙl= konstant

Weitere Untersuchungen zeigen: In einem stärkeren Magnetfeld ist der Quotient größer, in einem schwächeren kleiner. Er ist somit geeignet, die Stärke eines Magnetfeldes zu kennzeichnen. Aus historischen Gründen bezeichnet man diesen Quotienten als magnetische Flussdichte oder auch als magnetische Induktion und definiert:
Unter der Bedingung, dass sich ein stromdurchflossener Leiter senkrecht zu den Feldlinien eines Magnetfeldes befindet, kann die magnetische Flussdichte ermittelt werden mit der Gleichung:

B=FΙlF Kraft auf den stromdurchflossenen LeiterΙ Stromstärke im Leiterl Länge des Leiters
Gemessen wird die magnetische Flussdichte in der Einheit ein Tesla (1 T), benannt nach dem kroatisch-amerikanischen Elektrotechniker und Physiker NICOLA TESLA (1856-1943). Für die Einheit gilt:
1 T = 1NmA=1Vsm2=1Wbm2
Befindet sich der stromdurchflossene Leiter nicht senkrecht zu den Feldlinien, dann gilt:
F=ΙlBsin(B,Ι) oder vektoriellF=l(Ι×B)
Die magnetische Flussdichte ist eine vektorielle Größe, die die gleiche Richtung wie die Feldlinien hat. Sie steht senkrecht zur Stromstärke und senkrecht zur Kraft.

Magnetische Feldstärke

Die zweite feldbeschreibende Größe für das Magnetfeld ist die magnetische Feldstärke. Dabei geht man davon aus, dass die Stärke des Feldes durch die Wirkung bestimmt werden kann, die das Feld auf einen in ihm befindlichen Probemagneten ausübt. Da Pole nicht isoliert, sondern nur paarweise vorkommen, erfahren Nord- und Südpol des Probemagneten entgegengesetzte Kraftwirkungen. Es entsteht ein Drehmoment, das einen drehbar gelagerten Probemagneten in Feldrichtung bewegt. Dieses Drehmoment ist ein Maß für die magnetische Feldstärke an der betreffenden Stelle. Auch die magnetische Feldstärke ist eine vektorielle Größe, die die gleiche Richtung wie die Feldlinien und damit auch die gleiche Richtung wie die magnetische Flussdichte hat. Sie wird in der Einheit A/m gemessen.

Zusammenhang zwischen der magnetischen Flussdichte und der magnetischen Feldstärke

Da ein magnetisches Feld durch beide Größen gekennzeichnet werden kann, können sich die Größen nur durch eine Konstante voneinander unterscheiden. Es gilt folgender Zusammenhang:
B=μ0μrHB magnetische Flussdichteμ0 magnetische Feldkonstanteμr PermeabilitätszahlH magnetische Feldstärke

Magnetische Flussdichte und magnetische Feldstärke von speziellen Feldern

Ein stromdurchflossener Leiter ist von einem Magnetfeld umgeben (Bild 3). Für das Feld eines geraden, stromdurchflossenen Leiters in der Entfernung r gilt:
B=μ0μrΙ2πr oder H=Ι2πrB magnetische FlussdichteH magnetische Feldstärkeμ0 magnetische Feldkonstanteμr PermeabilitätszahlΙ Stromstärke im Leiterr Abstand vom Leiter

Für das weitgehend homogene Feld im Inneren einer langen stromdurchflossenen Spule gilt:
B=μ0μrNΙl oder H=NΙlB magnetische FlussdichteH magnetische Feldstärkeμ0 magnetische Feldkonstanteμr PermeabilitätszahlN Windungszahl der SpuleΙ Stromstärke durch die Spulel Länge der Spule

Der Term μ0μr wird auch als Permeabilität μ bezeichnet. Damit kann man die Gleichungen für die magnetische Flussdichte etwas einfacher schreiben.

Material zum Thema

Stand: 2010
Dieser Text befindet sich in redaktioneller Bearbeitung.

Lexikon Share
Beliebte Artikel
alle anzeigen

Einloggen