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Messung von Magnetfeldern

Stromdurchflossene Spule

Wickelt man einen stromdurchflossenen Draht (z.B. aus Kupfer) auf, so bekommt man eine Spule, um die sich ein Magnetfeld ausbildet. In der Mitte der Spule befindet sich ein Hohlraum, der zur Verstärkung des Magnetfeldes mit einem zusätzlichen Eisenkern bestückt werden kann. Die magnetische Feldstärke ist ein Vektor, dessen Betrag und Richtung ortsabhängig ist. In der Mitte einer stromdurchflossenen Spule ist das Magnetfeld homogen und somit ortsunabhängig.

Abb.1
Stromdurchflossene Spule

Die magnetische Feldstärke (H) eines homogenen Feldes ergibt sich aus dem Produkt aus der Stromstärke (I) und der Windungsdichte (= Windungszahl (N) dividiert durch die Länge (l) der Spule). Die SI-Einheit der magnetischen Feldstärke ist A m 1 .

H = I N l

Bewegt sich nun eine Ladung senkrecht zu einem homogenen Magnetfeld, so wirkt die Lorentz-Kraft auf diese Ladung ein. Hat man z.B. einen stromdurchflossenen, geraden Leiter, der senkrecht zu einem homogenen Magnetfeld angeordnet ist, so wirkt die Lorentz-Kraft (F) wie folgt auf die bewegten Ladungen:

F = B I l

Hierbei ist B die magnetische Flussdichte (Induktion), I die Stromstärke und l die Länge des Leiters. Die magnetische Flussdichte hängt von der Stärke des Magnetfeldes ab. Die SI-Einheit der magnetischen Flussdichte ist V s m 2 = Tesla (T).

Im Vakuum ergibt sich die magnetische Flussdichte (B) aus der magnetischen Feldstärke und der magnetischen Feldkonstante ( μ 0 ):

B 0 = μ 0 H

Durch die Anwesenheit eines Stoffes im Magnetfeld ändert sich die Induktion von B 0 auf B = μ r μ 0 H , wobei μ r die Permeabilitätszahl ist. Ferromagnetische Stoffe haben eine Permeabilitätszahl von >> 1, bei paramagnetischen Stoffen ist die Permeabilitätszahl zwischen 1 und 2 und bei diamagnetischen Stoffe ist die Permeabilitätszahl kleiner 1.

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