Big Bang Physik 6, Schulbuch

108  Felder Das Magnetfeld eines geraden Leiters ist dir bekannt. Die Richtung der Feldlinien kannst du mit der rechten Hand be- stimmen (siehe Abb. 26.2b, S. 104). Stell dir nun vor, dass der Leiter zu einer Schleife gebogen wird (Abb. 26.16a). An der Windungsrichtung der Feldlinien ändert sich nichts, aller- dings sind sie in der Mitte der Schleife sehr dicht gedrängt (b). Das Feld ( F8 ) ist ganz ähnlich wie das eines Stab­ magneten beziehungsweise das der Erde (Abb. 26.9, S. 106). Dass letzteres auf einen Kreisstrom im Inneren zurück­ geführt wird, erscheint dadurch sehr schlüssig. Abb. 26.16:  Das Feld einer Leiterschleife ( F8 ) von oben (a) und von der Seite (b). Es ähnelt dem eines kurzen Stabmagneten (c) bzw. dem Erdmagnetfeld (Abb. 26.9, S. 106). Abb. 26.17:  a) Feldlinienverlauf in einer Spule b) Wenn man die Finger der rechten Hand in technischer Stromrichtung auf eine Spule legt, dann zeigt der Daumen zum Nordpol der Spule. Von einer Spule spricht man, wenn zumindest mehrere solcher Schleifen hintereinander aufgewickelt sind. Im Inneren verlaufen die Feldlinien dann annähernd parallel: das magnetische Feld ist dort also so gut wie homogen (Abb. 26.17a). Die Polung einer Spule lässt sich mit der rechten Hand bestimmen (b). Die magnetische Induktion im Inneren einer langen Spule kann man folgendermaßen berechnen: Formel: Magnetische Induktion einer langen Spule B = m 0  · ​  N · I  ___  l ​ B …magnetische Induktion [T] m 0 …magnetische Feldkonstante m 0 = 4· π  ·10 –7 Vs/Am N … Anzahl der Windungen I … Stromstärke [A] l … Länge der Spule [m] Die magnetische Feldkonstante m 0 ist, wie auch die elektrische (Kap. 25.3, S. 97), eine Naturkonstante und kann nur experimentell bestimmt werden. Beide spielen bei der Ausbreitungsgeschwindigkeit von elektromagnetischen Wellen eine bedeutende Rolle (siehe „Big Bang 7“). Man kann die Stärke eines Elektromagneten wesentlich erhöhen, indem man in seinen Innenraum einen Eisenkern F gibt (Abb. 26.18). Durch das Magnetfeld der Spule richten sich dann dessen Elementarmagnete (Abb. 26.6b, S. 105) aus, bis sie im Extremfall alle in Richtung des äußeren Magnetfeldes zeigen. Durch diesen Trick kann man die Stärke eines Elektromagneten um einen Faktor 100 bis 1000 erhöhen. Abb. 26.18:  Ohne Eisenkern (a) wird die Magnetnadel nur leicht abgelenkt, mit Eisenkern sehr stark (b).  Info: Relative Permeabilität Zu den kleinsten und schwächsten Elektromagneten gehören die Schreib-/Leseköpfe in den Festplatten von PCs, Digitalkameras oder tragbaren Musikgeräten. Sie erzeugen Relative Permeabilität Es gibt ein Maß für die Magnetisierbarkeit eines Stoffes, das man etwas sperrig als relative Permeabilität ​ m​  r ​ be- zeichnet. Die Gleichung für die magnetische Induktion einer Spule mit Kern lautet dann so:  B = m r  · m 0  · ​  N · I  ___ l  ​ In Abb. 26.19 siehst du, dass die magnetische Induktion in diesem Fall nicht linear von der Stromstärke abhängt. Außerdem bleibt nach dem Abschalten ein Restmagnetis- mus über. Du siehst also, dass μ r keine Konstante sein kann, und daher werden auch immer nur die Maximalwerte an- gegeben. Die höchste relative Permeabilität besitzt Eisen, sie liegt in der Größenordnung von 10 5 . Das ist aber die theoretische Obergrenze. In der Praxis erreicht man ein m r von 10 2 bis 10 3 . i Abb. 26.19:  Zusammenhang zwischen Stromfluss und magnetischer Induktion einer Spule mit Kern. Man spricht von einer Hysteresis- kurve. Unter Hysterese (griech.: hysteros = hinterher) bezeichnet man allgemein das Fortdauern einer Wirkung nach Wegfall der Ursache. In diesem Fall sinkt etwa die magnetische Induktion nicht auf null, wenn die Stromstärke auf null sinkt. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv