Magnetische Erscheinungen

Bestimmte Stahlsorten haben die Eigenschaft, Eisenteile anzuziehen. Sie werden Magnete genannt. Ähnliche magnetische Erscheinungen an Eisenerzen (Magnetismus) waren schon im Altertum bekannt. In der ersten Hälfte des vorigen Jahrhunderts entdeckte Oersted, dass auch der elektrische Strom magnetische Wirkungen hervorruft (Elektromagnetismus). Er erkannte diese Wirkungen daran, dass eine Magnetnadel in der Nähe stromdurchflossener Leiter abgelenkt wird. Der Raum in der Umgebung von Magneten und stromdurchflossener Leiter befindet sich offenbar in einem besonderen Zustand; ein Raum, in dem magnetische Wirkungen auftreten, wird (analog zum elektrischen Feld) magnetisches Feld genannt. Die magnetischen Wirkungen des elektrischen Stromes, die für alle Gebiete der Elektrotechnik von großer Bedeutung sind, sollen nun an einfachen Leiteranordnungen untersucht werden.

Das magnetische Feld wird, ebenso wie das elektrische Feld, durch Feldlinien charakterisiert. Solche Feldlinien können z.B. durch feinste Eisenteilchen (Eisenfeilspäne) dem Auge sichtbar gemacht werden. Im Bild 2. a ist der Feldverlauf eines stromdurchflossenen geraden Leiters in einer zur Leiterachse senkrechten Ebene dargestellt. Die Feldlinien sind konzentrische Kreise (Bild 2b). Sie haben nicht immer diese oder ähnliche einfachen Formen. Je nachdem, ob die Feldlinien parallel und in gleichem Abstand oder ob sie anders verlaufen, sind auch bei magnetischen Feldern homogene und inhomogene Felder zu unterscheiden.

Bild 2. Feldlinienbild eines stromdurchflossen, geraden Leiters

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Feldrichtung und Polarität

In den Bildern 3 bis 4 sind die Magnetfelder von Drahtwindungen und einer Zylinderspule gezeichnet. Zur eindeutigen Charakterisierung müssen die Feldlinien außer der Intensität auch die Richtung des Feldes angeben. Die Festlegung der – an sich beliebigen – positiven Feldrichtung erfolgte über die Polarität der Magnetnadel und das Magnetfeld der Erde.

Bild 3. Feldbild einer stromdurchflossenen Drahtwindung Bild 4. Feldbild dreier Drahtwindungen Bild 5. Feldbild einer Zylinderspule

Bild 3.

Bild 4.

Bild 5.

Die im Inneren der Magnetnadel und anderer Dauermagnete (Permanentmagnete) verlaufenden Feldlinien treten, wie in einem späteren Abschnitt ausführlich beschrieben wird, an bestimmten Stellen, den sogenannten Polen, aus bzw. ein (Bild 6). Die Bilder zeigen:

Am Nordpol eines Magneten treten die magnetischen Feldlinien aus und am Südpol wieder ein.

Bild 6. Magnetfelder von Dauermagneten

Mit stromdurchflossenen Spulen werden ähnliche Wirkungen erzielt. Der Feldverlaufeiner Zylinderspule (Bild 4) ähnelt z. B. dem eines Stabmagneten (Bild 6a) sehr. Um die gleiche Polarität zu erreichen, müssen Strom und Feld die im Bild 4 gezeichneten Richtungen haben. Strom und Feld des einzelnen Leiters haben dann die im Bild 2 dargestellte Richtung. Ihre Zuordnung erfolgt durch eine.

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