Wissenstest, Magnetische Felder

Dauer- und Elektromagnete werden in vielen Bereichen der Technik genutzt. Im Magnetfeld der Erde können wir uns mithilfe eines Kompasses orientieren. die Beschreibung von magnetischen Feldern kann, wie bei elektrischen Feldern, mit dem Modell Feldlinienbild oder mit Feldgrößen erfolgen.

Im Test können Sie prüfen, wie fundiert Ihre Kenntnisse über magnetische Felder sind.

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Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Wissenstest, Magnetische Felder." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/wissenstest-magnetische-felder (Abgerufen: 15. May 2025, 22:10 UTC)

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Geladene Teilchen in magnetischen Feldern

Geladene Teilchen (Elektronen, Protonen, Ionen) können sich in magnetischen Feldern bewegen und werden durch diese beeinflusst. Ursache dafür ist die LORENTZ-Kraft, die auf bewegte Ladungsträger in magnetischen Feldern wirkt und die mit der Gleichung ${\vec{F}}_{L} = Q \cdot (\vec{v} \times \vec{B})$ berechnet werden kann.
Je nach der Bewegungsrichtung der Teilchen kann die LORENTZ-Kraft zu einer kreisförmigen oder einer spiralförmigen Bewegung der geladenen Teilchen führen. Bewegen sich die Teilchen parallel zu den Feldlinien des Magnetfeldes und damit in der Richtung, die die magnetische Flussdichte B hat, dann erfolgt keine Beeinflussung. In homogenen magnetischen Feldern kann die Bewegung der geladenen Teilchen relativ einfach beschrieben werden.

Anwendungen von Magneten

Sowohl Dauermagnete als auch Elektromagnete werden in vielfältiger Weise genutzt. Mit einem Kompass, dessen Nadel sich im Erdmagnetfeld ausrichtet, kann man die Himmelsrichtung bestimmen. Lasthebemagnete werden zum Transport von Blechen oder Schrott eingesetzt. Lautsprecher, Relais, Klingeln, Türgongs oder Sicherungsautomaten besitzen als wichtiges Bauteil einen Elektromagneten. Die elektrische Telegrafie wurde erst möglich, als man Elektromagnete nutzte. Das gilt auch für die Telefonie. Einige der genannten Beispiele sind in dem Beitrag ausführlich dargestellt.

Magnetisches Feld

Der besondere Zustand des Raumes um Dauermagnete sowie um stromdurchflossene Leiter und Spulen, in dem auf andere Magnete oder Körper aus ferromagnetischen Stoffen Kräfte ausgeübt werden, wird als magnetisches Feld bezeichnet. Solche Magnetfelder können sehr unterschiedliche Formen und verschiedene Stärken haben. Magnetische Felder können wir mit unseren Sinnesorganen nicht erfassen, sie sind nur an ihren Wirkungen erkennbar. Das gilt insbesondere auch für das ständig vorhandene, relativ schwache Magnetfeld der Erde, die ein großer Dauermagnet ist.
Magnetfelder können wie andere Arten von Feldern mithilfe von Feldlinienbildern oder feldbeschreibenden Größen charakterisiert werden. Sie können auf andere Körper einwirken, können aber auch abgeschirmt werden.

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:
$B = \frac{F}{Ι \cdot l}$
Die magnetische Feldstärke H ist mit der magnetischen Flussdichte folgendermaßen verknüpft:
$B = μ_{0} \cdot μ_{r} \cdot H$

Lorentz-Kraft

Auf alle geladenen Teilchen oder Körper, die sich in einem magnetischen Feld nicht parallel zu den magnetischen Feldlinien bewegen, wirkt eine Kraft. Diese Kraft bezeichnet man nach dem niederländischen Physiker HENDRIK LORENTZ (1853-1928), der sie gegen Ende des 19. Jahrhunderts näher untersucht hat, als LORENTZ-Kraft.
Berechnungen zur LORENTZ-Kraft sind mitunter recht kompliziert, weil diese Kraft als vektorielle Größe sowohl von der Bewegungsrichtung und dem Betrag der Teilchengeschwindigkeit als auch von der Stärke und Richtung des Magnetfeldes abhängt. Allgemein gilt:
$\vec{F} = Q \cdot (\vec{v} \times \vec{B})$
Für den Sonderfall, dass Bewegungsrichtung und magnetische Feldlinien senkrecht zueinander stehen, kann man den Betrag der LORENTZ-Kraft relativ einfach experimentell untersuchen und berechnen.

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