ET4-16 – Magnetisches Feld – Magnetische Wirkung und Phänomene

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Inhaltsverzeichnis:

In diesem Kurtext erklären wir dir die magnetische Wirkung und Phänomene von Magneten zum Thema Magnetisches Feld.

Für ein optimales Verständnis helfen dir in diesem Kursabschnitt drei ausführliche Videoclips und zwei anschauliche Rechenbeispiele zu dem Thema.

Mehr zu diesem Thema und der Elektrotechnik findest du im Kurs: ET5-Magnetische Felder

 

Merk’s dir!

„Phänomene und Wirkung von Magneten sind vielfältig. Sie sind einfach vorhanden oder werden durch elektrische Felder induziert.“

 

Magnetische Wirkung durch magnetische Felder
Magnetische Wirkung durch magnetische Felder

 

Magnetische Wirkung – Magnetismus – Grundlagen

Fast alle Erscheinungen des Magnetismus sind auf die Existenz eines Magnetfeldes zurückzuführen. Die Ursache von Magnetfeldern ist unterschiedlich.

 

Verursacher von Magnetfeldern

Verursache von Magnetfeldern sind:

  • Dauermagnete, also Material welches zu irgendeinem Zeitpunkt magnetisiert wurde.

sowie

  • Elektrische Strömungen durch elektrische Leiter wie Kabel oder Spulen.

sowie

  • Elektrische Felder, die sich im Zeitverlauf hinsichtlich ihrer Stärke ändern.
Magnetische Wirkung - Elektrische Leiter
Magnetische Wirkung – Elektrische Leiter

 

Erscheinungsformen | Formen von Magnetismus

Aus physikalischer Sicht unterscheidet man den Magnetismus in

  • Diamagnetismus

sowie

  • Paramagnetismus

sowie

  • Ferromagnetismus

 

Merk’s dir!

Speziell der Ferromagnetismus ist für die Technik von großer Bedeutung. So findet man diese Erscheinungsform in

  • Transformatoren

sowie

  • Elektrogeneratoren

sowie

  • Datenspeicherungen

sowie

  • Datenverarbeitungen

sowie

  • Relais

 wieder.

 

Geht’s noch komplizierter? Na klar…

Der Ferromagnetismus entsteht dadurch, dass einzelne Atome mit nicht abgeschlossenen Elektronenschalen sich wie kleine Stabmagnete, also wie magnetische Dipole verhalten.

 

Vielleicht bisschen einfacher formuliert

“Nicht abgeschlossene Elektronenschalen”:

Atome wollen immer durch Elektronenaufnahme oder Elektronenabgabe die “Edelgaskonfiguration” erreichen. Das bedeutet, dass eine Elektronenschale (davon gibt es mehrere, mit unterschiedlich vielen Elektronen) aufgefüllt ist und das Atom (wie ein Edelgasatom) überhaupt keine Bestrebung mehr hat mit anderen Atomen zu reagieren, die vielleicht ein Elektron zu viel haben oder auch ein Elektron zu wenig haben. 

 

“Magnetische Diopole”:

Ein Dipol hat immer einen positiven und einen negativen Pol. In unseren Fall trifft das dann auf das Atom zu, welches sich wie ein herkömmlicher Magnet wirkt. 

 

 

Magnetische Wirkung – Magnetische Feldlinien

Die magnetischen Feldlinien sind für uns Wegweiser, denn mit Ihrer Sichtbarkeit (wie im Versuch mit Metallspänen) wissen wir in jedem Punkt des Magnetischen Feldes die Richtung und den Richtungssinn des magnetischen Flusses.

Hier ist mehr gleich weniger

Je größer der Abstand der Feldlinien zueinander umso geringer ist die lokale magnetische Feldstärke.

 

Im Gegensatz zum elektrischen Feld besitzen magnetische Felder keine Ladungen. Daraus resultiert, dass die magnetischen Feldlinien quellenfrei sind und somit weder Anfang noch Ende besitzen. Sie sind immer geschlossen.

 

Magnetische Wirkung – Nord- und Südpol

Das Magnetfeld der Erde als auch der kleine Stabmagnet haben jeweils einen Nord– und einen Südpol.

Den Nordpol und den Südpol der Erde können wir vermutlich schon direkt mit dem Zeigefinger deuten.

 

Wo ist der Nordpol eines Magneten?

Aber wie verhält es sich mit einem Stabmagnet ohne Beschriftung? Woher wissen wir hier wo welcher Pol liegt?

Ganz einfach, so wie bei einer Kompassnadel, würde auch der Stabmagnet, sofern er nicht von andern Kräften beeinflusst wird, sich mit dem einen Ende in Richtung Norden (Arktischer Magnetpol) und mit dem anderen Ende in Richtung Süden (Antarktischer Magnetpol) ausrichten.   

Damit ist das nach Norden gerichtete Ende der Nordpol des Magneten und das nach Süden gerichtete Ende der Südpol des Magneten. Da der Nordpol des Magneten vom arktischen Magnetpol angezogen wird, ist der arktische Magnetpol ein magnetischer Südpol. Gleiches gilt umgekehrt für den Südpol des Magneten und den antarktischen Magnetpol.

Im Magneten selbst verlaufen die Feldlinien vom Südpol zum Nordpol.

Magnetische Feldlinien am Stabmagneten
Magnetische Feldlinien am Stabmagneten

 

Merk’s dir!

Dort wo ein Nordpol existiert muss auch irgendwo ein Südpol existieren, das gleich gilt auch im umgekehrten Fall.

Liegt ein Feld mit mehreren Nordpolen vor, so muss auch die gleiche Anzahl von Südpolen vorliegen.

 

Magnetische Wirkung – Richtung der Feldlinien

Wie du bereits weißt, haben Feldlinien weder Anfang noch Ende (1) und die Pole eines Magneten orientieren sich an den Polen der Erde (2).

Merk’s dir!

Die Richtung der Feldlinien kannst du dir aus diesen beiden Informationen ermitteln, denn der Bereich bei Elektromagneten und Permanentmagneten, bei dem die magnetischen Feldlinien austreten ist der Nordpol, der Bereich, in den die Feldlinien eintreten ist hingegen der Südpol.

 

Magnetische Wirkung – Elektrische Ladungen, Kraftwirkung der Lorentzkraft

Ein magnetisches Feld hat eine Wirkung auf elektrische Ladungen Q in Bewegung. Man spricht hier von der Lorentzkraft \vec{F}_L.

Merk’s dir!

Dabei wirkt sie senkrecht zu den Feldlinien des Magnetfeldes und auch senkrecht zur Bewegungsrichtung der elektrischen Ladungen.  

 

Ohne diese Kraft wären Elektromotoren und Generatoren nicht möglich.

Geist oder Gott?

Die ersten Wissenschaftler dachten damals, es handle sich bei der Lorentzkraft um die Wirkung von Geistern oder den Einfluss des Herrn im Himmel persönlich.

Lorentzkraft

Lorentzkraft

 

Was kommt als Nächstes?

Nachdem wir nun ausreichend über die magnetische Wirkung gesprochen haben, vertiefen wir im kommenden Kurstext dein Wissen rund um Permanentmagneten bevor wir auf Elektromagneten eingehen.

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