Das Magnetfeld ist ein Dipol, das heißt, es hat einen Nord- und Südpol. Es gibt magnetisierbare Materialien: Eisen, Nickel, Kobalt. Ein Magnet ist von einem Magnetfeld umgeben, dieses lässt sich durch Feldlinien darstellen.
Stromdurchflossener Leiter
- Bewegte Ladungen haben ein Magnetfeld. Bei einem Kabel bilden die Feldlinien einen Kreis um den Leiter, dieses Magnetfeld hat also keinen Pol. Bei einer Spule sieht das anders aus, diese hat einen Nord- und Südpol.
- Wie das Magnetfeld aussieht, lässt sich durch die Linke Faust-Regel feststellen. Der Daumen zeigt in die Elektronenflussrichtung, die anderen Finger in Richtung des Magnetfeldes.
Die Lorentzkraft
Überlagert sich das Magnetfeld eines stromführenden Leiters mit einem äußeren Magnetfeld, treten Lorentzkräfte auf
- Die Kraft kann aber nur wirken, wenn der Leiter nicht parallel zu den Feldlinien des äußeren Magnetfeldes ist.
- Die Kraft ist maximal, wenn der Leiter orthogonal ist
FL = e * Vs * B
Die Drei-Finger-Regel hilft dabei, die Richtung der Lorentzkraft zu bestimmen.
Magnetische Flussdichte
Die magnetische Flussdichte ist dort hoch, wo Feldlinien dicht bei einander liegen. Für die Berechnung gilt:
B = F / (I · s) I: Stromstärke; s: Länge; F: Lorentzkraft Einheit: 1 N/Am = 1T
Es gilt:
- Doppelte Länge s = Doppelte Kraft (F ∼ s)
- Doppelte Stromstärke = Doppelte Kraft (F ∼ I)
Hallsonde
Eine Hallsonde ist ein elektronisches Messgerät, das zur Messung magnetischer Felder verwendet wird. Sie basiert auf dem Hall-Effekt, einem physikalischen Phänomen, das beschreibt, wie sich der Strom in einem leitenden Material verhält, wenn es einem magnetischen Feld ausgesetzt wird.
Die Hallsonde besteht aus einem dünnen Streifen aus Halbleitermaterial, der von einem Strom durchflossen wird. Wenn die Sonde in ein magnetisches Feld gebracht wird, wird der Strom durch die Lorentzkraft abgelenkt, und es entsteht eine elektrische Spannung quer zum Stromfluss. Diese Spannung ist proportional zur Stärke des magnetischen Feldes und kann von der Hallsonde gemessen werden.
Elektronen bewegen sich senkrecht zu Mf. auf einem Leiterplätchen. Durch Lorentzkraft werden Elek. nach oben oder unten abgelenkt. Durch Ladungstrennung entsteht ein elektrisches Feld, das wirkt der Lorentzkraft entgegen.
Spulen
Kurze Spule
Die magn. Flussdichte ist in der Mitte innen am höchsten, dort ist auch ein nahezu
homogenes Feld. Dieses ist aber nur minimal.
Die magn. Flussdichte im Mittelpunkt ist proportional zu I.
Helmholtzspulenpaar
Magnetfelder zweier Spulen überlagern sich. Wenn die Stromrichtung in beiden Spulen gleich ist, addieren sich auf der Symmetrieachse somit ihre Beträge.
Zwei sehr kurze Spulen, deren Abstand gleich dem Durchmesser ist, nennt man Helmholtzspulenpaar.
Material Einfluss
Spulen zur Erzeugung von Magnetfeldern werden mit Material gefüllt, um das Feld zu verstärken.
Das Material wird feromagnetisiert, dadurch entsteht ein zweites Magnetfeld in gleicher Richtung. Die Magnetfelder addieren sich.
Elektronen im magn. Feld
Im Fadenstrahlrohr beschreibt ein Elektronenstrahl im homogenen Helmholtzspulenpaar eine Kreisbahn. Die Lorentzkraft wirkt hier als Zentripetalkraft. FL = e * v * B. Elektronen die mit der Geschw. v in ein Magnetfeld der Flussdichte B senkrecht zu den Magnetfeldlinien eintreten, bewegen sich auf Kreisbahnen mit dem Radius r.
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