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SG061a Magnetische Feldstärke und magnetischer Fluss

© H. Hübel Würzburg 2013

elektromagnetisches Feld

Zylinderspule

Glossar

Physik für Schülerinnen und Schüler

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Betrachte den Versuch mit der Stromwaage. Dabei wird die Kraft F auf einen elektrischen Strom durch einen Leiter gemessen, der durch ein Magnetfeld geführt wird. Im einfachsten Fall ergibt sich:

    F prop. I· ℓ ·n  

ℓ ist dabei die Länge des Leiterstücks, das senkrecht durch den homogenen Magnetfeldbereich geführt wird, und n ist die Windungszahl, wenn statt durch einen einfachen Leiter der Strom durch eine Spule geführt wird. Dies gilt insbesondere, wenn die Windungszahl n = 1 ist. Die Proportionalitätskonstante hängt offenbar vom Magnetfeld ab. Deswegen ist es naheliegend, hierfür eine magnetische Flussdichte B zu definieren:

    B = F/(I·ℓ) 

Aus den Beispieldaten F = 1 N, I = 1 A, n = 1 und  ℓ = 0,1 m ergibt sich B = 1 N/(1 A·0,1 m) = 10 N/(A·m) = 10 J/(A·m2) = 10 V·A·s/(A·m2) = 10 V·s/m2. Dann definiert man die neue Maßeinheit Tesla (T):

    1 T = 1 V·s/m2 

Aus den Beispieldaten ergibt sich also eine magnetische Flussdichte B = 10 T. Das ist für irdische Verhältnisse schon eine recht große magnetische Flussdichte, die gar nicht so einfach zu erzeugen ist.

Früher wurde stattdessen die Einheit 1 G verwendet, wobei 1 T = 1  V·s/m2 = 10 000 G   (G = Gauss).

Warum heißt B Flussdichte? Man stellt sich dazu eine geschlossene ebene Kurve vor, z.B. einen Kreis, die von einem homogenen Magnetfeld senkrecht durchsetzt wird. Der Kreis soll die Fläche 1 m2 haben. Dann sagt man, die Kurve durchsetze ein magnetischer Fluss 1 V·s, und man erhält pro m2 die Flussdichte 1 V·s/m2. Nach heutiger Auffassung ist B die eigentliche magnetische Feldstärke, die der elektrischen Feldstärke E entspricht. B ist ein Vektor und hat also eine Richtung.


( August 2024 )