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Auf alle geladenen Teilchen oder Körper, die sich in einem magnetischen Feld 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 Lorentzkraft.

Berechnungen zur Lorentzkraft sind mitunter recht kompliziert, weil die Lorentzkraft als vektorielle Größe sowohl von der Bewegungsrichtung und dem Betrag der Teilchengeschwindigkeit als auch von der Größe und Richtung des Magnetfeldes abhängt.
Für den Sonderfall, dass Bewegungsrichtung und magnetische Feldlinien senkrecht zueinander stehen, kann man den Betrag der Lorentzkraft relativ einfach experimentell untersuchen und berechnen.

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.

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Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Magnetische Felder".

Viel Spaß beim Beantworten der Fragen!

WISSENSTEST

Belastungen des Menschen durch elektrische und magnetische Felder werden als Elektrosmog bezeichnet. Dabei geht es zum einen um den niederfrequenten Strahlungsbereich, der bei allen mit Netzspannung betriebenen Geräten auftritt. Zum anderen hat in den letzten Jahren auch der hochfrequente Strahlungsbereich (Rundfunk, Fernsehen, Mobilfunk) an Bedeutung gewonnen.
Entscheidend ist die Frage, welche Grenzwerte einzuhalten und wie sie zu realisieren sind, damit keine gesundheitlichen Schäden auftreten.

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.

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:
$B=\frac{F}{{\rm I}\cdot l}$
Die magnetische Feldstärke H ist mit der magnetischen Flussdichte folgendermaßen verknüpft:
$B={\mu }_0\cdot {\mu }_r\cdot H$

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 ${\overrightarrow{F}}_{\text{L}}=Q\cdot (\overrightarrow{v}\times \overrightarrow{B})$ 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.

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:
$U_i=-N\cdot \frac{\text{d}\phi }{\text{d}t}\text{oder}{U}_i=-N\cdot \frac{\text{d}(B\cdot A)}{\text{d}t}$
Aus dieser allgemeinen Formulierung kann man alle wesentlichen Spezialfälle ableiten, insbesondere auch diejenigen, die der Wirkungsweise von Transformatoren und Generatoren zugrunde liegen.

Elektrische Felder, magnetische Felder und Gravitationsfelder sind dadurch gekennzeichnet, dass auf Körper mit bestimmten Eigenschaften, die sich in ihnen befinden, Kräfte ausgeübt werden. Alle drei Arten von Feldern lassen sich mithilfe des Modells Feldlinienbild beschreiben. Für jedes der Felder gibt es feldbeschreibende Größen, die teilweise in analoger Weise definiert sind. Darüber hinaus gibt es zwischen diesen drei Arten von Feldern weitere Gemeinsamkeiten, aber auch deutliche Unterschiede.

Alle Stoffe werden durch magnetische Felder beeinflusst. Umgekehrt gilt auch: Alle Stoffe beeinflussen magnetische Felder. Diese Beeinflussung ist aber sehr unterschiedlich. Während sogenannte diamagnetische Stoffe (z.B. Wasser, Gold, Glas) und paramagnetische Stoffe (z.B. Aluminium, Platin, Luft) kaum zu einer Veränderung magnetischer Felder führen, bewirken ferromagnetische Stoffe (z.B. Eisen, Cobalt, Nickel) eine zum Teil erhebliche Verstärkung und Bündelung eines Magnetfeldes. Darüber hinaus lassen sich ferromagnetische Stoffe selbst magnetisieren. Dabei wird zwischen magnetisch weichen und magnetische harten Stoffen differenziert. Diese Unterscheidung ist vor allem im Hinblick auf Anwendungen von großer Bedeutung.