ET4-21 – Magnetisches Feld – Homogenes magnetisches Feld

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Inhaltsverzeichnis:

In diesem Kurstext erklären wir dir Wodurch sich ein Homogenes Magnetfeld auszeichnet und stellen dir Geräte vor in denen ein solches magnetisches Feld wirkt.

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!

“Unter einem homogenen, magnetischen Feld versteht man ein Feld, dessen Feldstärke nicht an einen Ort gebunden, jedoch konstant und gleichbleibend ist.” 

Homogenes Magnetfeld - Hufeisenmagnet
Homogenes Magnetfeld – Hufeisenmagnet

 

Homogenes Magnetfeld – Grundlagen

Unter einem homogenen, magnetischen Feld versteht man ein Feld, dessen Feldstärke nicht an einen Ort gebunden ist. Daraus lässt sich schließen, dass die Wirkung überall in diesem Bereich gleich groß und die Feldlinien des homogenen Feldes gleichgerichtet ist und dabei in den gleichen Abständen zu einander stehen.

Merk’s dir!

Das Gegenstück zum homogenen magnetischen Feld ist das inhomogene Feld.

Auch lassen sich direkte Parallelen zum homogenen, elektrischen Feld ziehen.

 

Homogenes magnetisches Feld – Prinzip

Wir suchen uns gedankliche zwei nicht deckungsgleiche Punkte innerhalb eines Magnetfeldes. Liegt zwischen diesen Punkten weder eine Änderung des Flusses noch ein Unterschied der Feldstärke vor, so ist es ein gleichbleibendes Feld.

Homogenes Magnetfeld
Homogenes Magnetfeld – Magnetisches Feld – Prinzip

 

Homogenes magnetisches Feld – Beispiele

Im Inneren der Helmholtz-Spule, sowie der Ringspule oder zwischen den Schenkeln des Hufeisenmagneten existiert ein homogenes Magnetfeld.

 

Helmholtz-Spule – Prinzip sowie Aufbau

Mit Hilfe der Helmholtz-Spule können wir ein homogenes magnetisches Feld erzeugen. Hierzu positionieren wir zwei Spulen mit vergleichsweise großem Durchmesser dicht beieinander. Dann ist es notwendig, dass wir an beiden eine elektrische Spannung angelegen.

 

Helmholtz-Spule - homogenes Magnetfeld
Helmholtz-Spule – homogenes Magnetfeld

 

Die Helmholtz-Spule ist eine spezielle Anordnung von Spulen, die in der Physik verwendet wird, um ein nahezu homogenes Magnetfeld in einem begrenzten Bereich zu erzeugen. Sie besteht aus zwei identischen kreisförmigen Spulen mit großem Radius, die parallel zueinander und im Abstand ihres Radius platziert sind.

Obwohl jede Spule für sich ein inhomogenes Feld besitzt, entsteht infolge der Überlagerung der beiden inhomogenen Magnetfelder ein besonderen Bereich, der ein homogenes Magnetfeld darstellt

 

Was macht man damit?…

Die Spule erzeugt ein homogenes Magnetfeld, das in wissenschaftlichen Experimenten, medizinischen Anwendungen und in der Industrie verwendet wird. Sie besteht aus zwei kreisförmigen Spulen mit festgelegtem Abstand, die parallel zueinander angeordnet sind. Diese Spulen erzeugen ein Magnetfeld mit konstanter Intensität und Richtung in einem begrenzten Raum zwischen ihnen. Diese Art der Spule findet Anwendung in Bereichen wie Magnetresonanztomographie (MRT), Teilchenbeschleunigern und Magnetfeldmessungen.

 

Ringspule – Prinzip sowie Aufbau

Bei der Ringspule wird ein Draht wie eine Zugfeder aufgewickelt. Durchfließt nun infolge einer angelegten Spannung ein elektrischer Strom die Spule so bildet sich auch hier ein homogenes Feld aus.

 

Ringspule - homogenes Magnetfeld
Ringspule – homogenes Magnetfeld

 

Hufeisenmagnet – Prinzip sowie Aufbau

Anders als bei den beiden anderen Beispiel benötigen wir beim Hufeisenmagnet keine elektrische Energie, um ein magnetisches Feld zu erzeugen. Der Hufeisenmagnet ist bereits magnetisiert und das homogene magnetisches Feld ergibt sich aus der Bauform.

 

Hufeisenmagnet - Homogenes Magnetfeld
Hufeisenmagnet – Homogenes Magnetfeld

 

Merk’s dir!

Auf homogene elektrische Felder triffst du am ehesten, wenn du den Bereich zwischen Plattenkondensatoren betrachtest. Dabei ist es auch egal ob du den Bereich in der Mitte betrachtest oder weiter am Rand. Es ist und bleibt homogen. 

 

Darstellung von Feldlinien und homogenen Magnetfeldern in Skizzen

Falls dir im Unterricht Zeichnungen zu Feldlinien oder Magnetfeldern, wie im nächsten Bild begegnen, dann solltest du wissen, dass ins Bild hineinlaufende Feldlinien mit einem Kreuz oder X gekennzeichnet werden.

 

Homogenes Magnetisches Feld
Homogene Magnetische Felder – Darstellung der Feldlinien auf dem Blatt

 

Die Feldlinien, die hingegen aus dem Bild heraustreten werden mit einem Punkt gekennzeichnet.

Homogene magnetische Felder
Homogene Magnetische Felder – Darstellung der Feldlinien auf dem Blatt

 

Hilf dir mit Pfeil und Bogen!…

Um dir dies zu merken, denke an einen herkömmlichen Pfeil. Vorne ist die kegelförmige Spitze (Punkt) und hinten ist das X-förmige bzw. kreuzförmige Ende.  

 

Was kommt als Nächstes?

Nachdem du jetzt einen Überblick zu dem homogenen elektrischen Feld erhalten hast und zudem technische Geräte kennengelernt hast in denen solch ein Feld wirkt, setzen wir im kommenden Kurstext unsere Betrachtung fort. Im kommenden Kurstext widmen wir uns der Durchflutung sowie dem Durchflutungsgesetz, als Berechnungsgrundlage.

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