Magnetfeld

Autor: Leandro Alegsa Erstellungsdatum: 3. November 2020

Das Magnetfeld ist der Bereich um einen Magneten herum, in dem eine magnetische Kraft vorhanden ist. Bewegte elektrische Ladungen können Magnetfelder erzeugen. Magnetfelder können normalerweise an magnetischen Flusslinien erkannt werden. Die Richtung des Magnetfeldes wird immer durch die Richtung der magnetischen Flusslinien angezeigt. Die Stärke eines Magneten hat mit den Abständen zwischen den magnetischen Flusslinien zu tun. Je näher die Flusslinien beieinander liegen, desto stärker ist der Magnet. Je weiter sie voneinander entfernt sind, desto schwächer ist er. Die Flusslinien kann man sehen, indem man Eisenspäne über einen Magneten legt. Die Eisenspäne bewegen sich und ordnen sich in den Linien an. Magnetfelder geben anderen Teilchen, die das Magnetfeld berühren, Kraft.

In der Physik ist das Magnetfeld ein Feld, das durch den Raum geht und eine magnetische Kraft elektrische Ladungen und magnetische Dipole bewegen lässt. Magnetische Felder sind um elektrische Ströme, magnetische Dipole und sich ändernde elektrische Felder angeordnet.

Wenn sie in einem Magnetfeld platziert werden, liegen die magnetischen Dipole in einer Linie, wobei ihre Achsen parallel zu den Feldlinien verlaufen, wie man sehen kann, wenn Eisenspäne in der Gegenwart eines Magneten sind. Magnetfelder haben auch ihre eigene Energie und ihren eigenen Impuls, mit einer Energiedichte, die proportional zum Quadrat der Feldstärke ist. Das Magnetfeld wird in den Einheiten Teslas (SI-Einheiten) oder Gauß (cgs-Einheiten) gemessen.

Es gibt einige bemerkenswerte Arten von Magnetfeldern. Für die Physik der magnetischen Materialien siehe Magnetismus und Magnet, genauer gesagt Diamagnetismus. Zu Magnetfeldern, die durch wechselnde elektrische Felder erzeugt werden, siehe Elektromagnetismus.

Das elektrische Feld und das magnetische Feld sind Bestandteile des elektromagnetischen Feldes.

Das Gesetz des Elektromagnetismus wurde von Michael Faraday begründet.

H-Feld

Physiker können sagen, dass die Kraft und die Momente zwischen zwei Magneten dadurch verursacht werden, dass sich die Magnetpole abstoßen oder anziehen. Dies ist wie die Coulomb-Kraft, die die gleichen elektrischen Ladungen abstößt oder entgegengesetzte elektrische Ladungen anzieht. In diesem Modell wird ein magnetisches H-Feld durch magnetische Ladungen erzeugt, die um jeden Pol "geschmiert" werden. Das H-Feld ist also wie das elektrische Feld E, das mit einer positiven elektrischen Ladung beginnt und mit einer negativen elektrischen Ladung endet. In der Nähe des Nordpols zeigen alle H-Feldlinien vom Nordpol weg (ob innerhalb des Magneten oder außerhalb), während in der Nähe des Südpols (ob innerhalb des Magneten oder außerhalb) alle H-Feldlinien zum Südpol zeigen. Ein Nordpol spürt also eine Kraft in Richtung des H-Feldes, während die Kraft am Südpol dem H-Feld entgegengesetzt ist.

Im Magnetpolmodell wird der elementare magnetische Dipol m durch zwei gegenüberliegende Magnetpole der Polstärke _qm gebildet, die durch einen sehr kleinen Abstand d getrennt sind, so dass m = _qm d.

Leider können Magnetpole nicht getrennt voneinander existieren. Alle Magnete haben Nord/Süd-Paare, die nicht getrennt werden können, ohne dass zwei Magnete mit je einem Nord/Süd-Paar entstehen. Außerdem berücksichtigen die Magnetpole weder den Magnetismus, der durch elektrische Ströme erzeugt wird, noch die Kraft, die ein Magnetfeld auf bewegte elektrische Ladungen ausübt.

Das Magnetpolmodell : zwei entgegengesetzte Pole, Nord (+) und Süd (-), die durch einen Abstand d getrennt sind, erzeugen ein H-Feld (Linien).

H-Feld und magnetische Materialien

Das $H-Feld$ ist definiert als:

H ≡ B μ 0 - M , {\displaystyle \mathbf {H} \ \ \equiv \ {\frac {\mathbf {\B} {\mu _{0}-\mathbf {M} ,} $\mathbf {H} \ \equiv \ {\frac {\mathbf {B} }{\mu _{0}}}-\mathbf {M} ,$ (Definition von $H$ in SI-Einheiten)

Mit dieser Definition wird das Ampere'sche Gesetz:

∮ H ⋅ d ℓ = ∮ ( B μ 0 - M ) ⋅ d ℓ = I t o t - I b = I f {\Darstellungsstil \Punkt \mathbf {H} \cdot d{\boldsymbol {\ell }}=\Punkt \links({\frac {\mathbf {B} }mu _{0}}-\mathbf {M} \right)\cdot d{\boldsymbol {\ell }}}=I_{\mathrm {tot} I_mathrm {b} }=I_{\mathrm {f} }} $\oint \mathbf {H} \cdot d{\boldsymbol {\ell }}=\oint \left({\frac {\mathbf {B} }{\mu _{0}}}-\mathbf {M} \right)\cdot d{\boldsymbol {\ell }}=I_{\mathrm {tot} }-I_{\mathrm {b} }=I_{\mathrm {f} }$

wobei $If$ den von der Schleife eingeschlossenen 'freien Strom' darstellt, so dass das Linienintegral von $H$ überhaupt nicht von den gebundenen Strömen abhängt. Für das Differentialäquivalent dieser Gleichung siehe die Maxwell-Gleichungen. Das Amperegesetz führt zu der Randbedingung:

H 1 , ∥ - H 2 , ∥ = K f , {\Anzeigestil H_{1,\parallel }-H_{2,\parallel }=\mathbf {K} _{\text{f}},} $H_{1,\parallel }-H_{2,\parallel }=\mathbf {K} _{\text{f}},$

wobei $Kf$ die freie Oberflächenstromdichte ist.

In ähnlicher Weise ist ein Oberflächenintegral von $H$ über jede geschlossene Fläche unabhängig von den freien Strömen und nimmt die "magnetischen Ladungen" innerhalb dieser geschlossenen Fläche auf:

∮ S μ 0 H ⋅ d A = ∮ S ( B - μ 0 M ) ⋅ d A = ( 0 - ( - q M ) ) = q M , {\Anzeigestil \Punkt _{S}\mu _{0}\mathbf {H} \cdot \mathrm {d} \mathbf {A} =\Punkt _{S}(\mathbf {B} -\mu _{0}\mathbf {M} \cPunkt \mathrm {d} \mathbf {A} =(0-(-q_{M}))=q_{M},} $\oint _{S}\mu _{0}\mathbf {H} \cdot \mathrm {d} \mathbf {A} =\oint _{S}(\mathbf {B} -\mu _{0}\mathbf {M} )\cdot \mathrm {d} \mathbf {A} =(0-(-q_{M}))=q_{M},$

die nicht von den freien Strömungen abhängig ist.

Das $H-Feld$ kann daher in zwei unabhängige Teile aufgeteilt werden:

H = H 0 + H d , {\Anzeigestil \mathbf {H} =\mathbf {H} _{0}+\mathbf {H} _{d},\,} $\mathbf {H} =\mathbf {H} _{0}+\mathbf {H} _{d},\,$

wobei $H0$ das angelegte Magnetfeld aufgrund nur der freien Ströme und $Hd$ das entmagnetisierende Feld aufgrund nur der gebundenen Ströme ist.

Das magnetische $H-Feld$ refaktorisiert also den gebundenen Strom in Form von "magnetischen Ladungen". Die H-Feldlinien schleifen nur um den 'freien Strom' und beginnen und enden im Gegensatz zum magnetischen B-Feld auch an nahen Magnetpolen.

Fragen und Antworten

F: Was ist ein Magnetfeld?

A: Ein Magnetfeld ist ein Bereich um einen Magneten, in dem eine magnetische Kraft herrscht, die durch sich bewegende elektrische Ladungen erzeugt wird.

Q: Wie kann die Stärke eines Magneten bestimmt werden?

A: Die Stärke eines Magneten lässt sich anhand der Abstände zwischen den magnetischen Flusslinien bestimmen - je näher sie beieinander liegen, desto stärker ist der Magnet.

F: Was passiert, wenn Teilchen ein Magnetfeld berühren?

A: Wenn Teilchen ein Magnetfeld berühren, erhalten sie von ihm Energie.

F: Was bedeutet es, wenn etwas seine eigene Energie und seinen eigenen Impuls hat?

A: Eine eigene Energie und einen eigenen Impuls zu haben bedeutet, dass etwas seine eigenen Eigenschaften hat, die es ihm ermöglichen, sich unabhängig von anderen Objekten oder Kräften zu bewegen oder zu handeln.

F: Wie wird die Stärke eines Magnetfeldes gemessen?

A: Die Stärke eines Magnetfeldes wird in Einheiten von Tesla (SI-Einheiten) oder Gauß (cgs-Einheiten) gemessen.

F: Wer begründete das Gesetz des Elektromagnetismus?

A: Michael Faraday begründete das Gesetz des Elektromagnetismus.

F: Was passiert, wenn Eisenfeilspäne in die Nähe eines Magneten gebracht werden?

A: Wenn Eisenfeilspäne in der Nähe eines Magneten platziert werden, bewegen sie sich und ordnen sich zu Flusslinien an, die die Richtung und Stärke des Magnetfelds anzeigen.