Physik Sexl 6 RG, Schulbuch

Da diese Kraftwirkung im gesamten Raum um den Draht vorhanden ist, spricht man von einem Magnetfeld , das den Draht umgibt. Stab- und Hufeisenmagnete zeigen eine ähnliche Wirkung – auch der Raum um Permanentmagnete ist von ei- nem Magnetfeld erfüllt. ( 106.1 ) Grafisch werden Magnetfelder durch Feldlinien dargestellt. Ihre Richtung wird durch die nach Norden weisende Spitze einer kleinen Magnetnadel (Nordpol) be- stimmt. Wie beim elektrischen Feld wird die Stärke des Magnetfelds in einem Raumbereich durch die Dichte der Feldlinien veranschaulicht. Magnetische Feldlinien sind im Gegensatz zu elektrischen Feldlinien immer in sich geschlossen , sie haben weder Anfang noch Ende. Trotz intensiver Suche konn- ten bisher keine einzelnen Magnetpole gefunden werden – es gibt keine magneti- schen Ladungen, von denen Feldlinien ausgehen. 5.2 Ströme im Magnetfeld Oersteds Entdeckung zeigt, dass Ströme auf Magnete Kräfte ausüben. Gilt auch, dass Magnetfelder auf Ströme Kräfte ausüben? Untersuche, überlege, forsche: Strom im Magnetfeld 106.1 E 2 Setze die Prinzipskizze ( 106.2 ) in ein qualitatives Experiment um. Untersu- che das Verhalten eines stromführenden Leiters im Magnetfeld. Variiere die Stromstärke und die Richtung des Magnetfelds relativ zum Leiter. Beschreibe dei- ne Beobachtungen. Der Draht wird stark ausgelenkt, wenn er zu den Feldlinien normal steht, parallel zu den Feldlinien, wirkt auf ihn keine Kraft. Ein Vergleich mit der Elektrostatik zeigt: Elektrische Felder wirken auf Ladungen. Magnetfelder wirken auf Ströme. Experimente zeigen: Die Kraft F auf den Draht ist proportional zur Stromstärke I , zur Länge s des Drahtstückes, das sich im Magnetfeld befindet, und zur Stärke des Magnetfeldes. Mittels der Kraft auf den stromführenden Draht kann das Magnet- feld durch das Vektorfeld B oder B- Feld beschrieben werden: Magnetfelder sind Vektorfelder. Die Feldrichtung wird durch die nach Norden weisende Spitze einer kleinen Magnetnadel festgelegt. Die Stärke des Feldes ist B = F _ I · s ,wobei F die Kraft auf einen Leiter der Länge s ist, der vom Strom I durchflossen wird und normal zur Feldrichtung steht. Einheit: Tesla (T) 1 T = 1N/(A · m)  Im internationalen Einheitensystem (SI) wird das Feld B magnetische Flussdich- te genannt – hohe Feldliniendichte entspricht einer hohen Intensität des Magnet- feldes. Im Folgenden wird es kurz als B -Feld bezeichnet. Das elektrische Feld E und das magnetische Feld B sind die fundamentalen Felder der elektromagnetischen Erscheinungen und bilden die Grundlage für die elektromagnetischen Wellen.   Magnetfelder misst man mittels Hallsonden , das sind dünne stromdurchflosse- ne Halbleiterplättchen: Die im Magnetfeld auf den Strom ausgeübte Kraft führt zu einer Ablenkung der Ladungen quer zu Strom- und Feldrichtung. Die Ränder der Hallsonde tragen nun entgegengesetzte Ladungen, quer zur Stromrichtung besteht eine Spannung („Hallspannung“) proportional zur Stärke des B -Feldes ( 106.4).  B I I Magnetfeld Tesla Gehirnströme 10 –13 Milchstraße 10 –10 Erde (außen) ≈ 4 · 10 –5 Sonne 10 –4 Erde (innen) 10 –2 Sterne bis zu 1 Permanentmagnete bis zu 1,4 Elektromagnete bis zu 10 Elektromagnet (für 10 –4 s) 500 Neutronensterne 10 8 106.3 Stärken von Magnetfeldern 106.1 Das Magnetfeld eines Stabmagneten, sichtbar gemacht durch kleine Magnetnadeln F + – N S 106.2 Schaltet man den Strom ein, wird die Leiterschaukel ausgelenkt. Auf einen Strom durchflossenen Leiter wirkt im Magnetfeld eine Kraft. 106.4 Die Hallspannung U H an einem dünnen Halbleiterplättchen im Magnetfeld ist proportional zum Produkt aus Strom I und Magnetfeld B . 106 FELDER Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv