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Magnetisches Feld von Permanentmagneten

Magnetische Feldlinien

Die elektrische Feldstärke wurde definiert als die Kraft pro Ladung, die auf eine punktförmige elektrische Ladung - die so genannte Probeladung - wirkt, die sich in diesem Feld befindet. Insbesondere gilt:

  • Die Feldstärke ist wie die Kraft eine vektorielle Größe, d.h. sie besitzt an jedem Punkt des Raumes eine Richtung und einen Betrag.
  • Durch die Definition als Kraft pro Ladung ist die Feldstärke eine vom Betrag der Probeladung unabhängige Größe.

Die magnetische Feldstärke ist analog definiert als die Kraft auf einen punktförmigen magnetischen Nordpol, der sich in dem magnetischen Feld befindet. Analog zur Probeladung wird dieser auch „Probepol“ genannt. Die Existenz eines einzelnen Nordpols (Monopol) ist natürlich rein hypothetisch (ebenso wie die Existenz eines punktförmigen Objekts) und dient nur der eindeutigen Definition des Begriffs Feldlinie.

Gesetz
Eine Feldlinie ist eine Linie, deren Tangenten an jedem Punkt in Richtung der Kraft zeigen, die das magnetische Feld auf einen Probenordpol ausübt, der sich an diesem Punkt befindet.

Da sich Kompassnadeln und Eisenspäne aufgrund der magnetischen Kräfte ausrichten, ist nun auch klar.

Erklärung: Kompassnadeln und Eisenspäne richten sich im magnetischen Feld so aus, dass sie in Richtung der magnetischen Feldstärke zeigen. Kompassnadeln zeigen dabei die Feldlinienrichtung an, nämlich vom Nordpol zum Südpol.

Arbeitsauftrag

Der folgende Videofilm zeigt ein Experiment, das zum Nachweis der Kraftwirkung eines Stabmagneten auf einen Probepol dient. Dabei schwimmt ein Stück Kork in einem Wasserbecken. Durch den Kork ist senkrecht eine magnetisierte Stricknadel gesteckt. Der Nordpol der Nadel befindet sich etwa in Wasserhöhe, der Südpol schwimmt weiter unten im Wasser. Am Rand ist in Wasserhöhe ein Stabmagnet angebracht. Da der Abstand des Südpols zum Stabmagnet viel größer ist, als der Abstand des Nordpols der Nadel, wird näherungsweise von einem Mononordpol ausgegangen.

Abb.1

Verschiedene Bewegungsbahnen der magnetisierten Stricknadel im Feld des Stabmagneten

Das Video zeigt die Bewegungsbahnen des Korkstücks bei verschiedenen Startpunkten. Es fällt auf, dass die Bahnen nicht symmetrisch zur Querachse des Stabmagneten sind, so wie die Feldlinien in den Abbildungen Magnetische Monopole.

Erklären Sie, warum die Bahnen nicht mit den Feldlinien übereinstimmen, obwohl die Feldlinien die Richtung der Kraft auf den Probepol angeben?

Aufgrund der Massenträgheit bewegt sich der Schwimmer nicht auf einer Feldlinie. In der Mechanik haben wir gelernt, dass der Geschwindigkeitsvektor in der Regel nicht parallel zum Kraftvektor (=Richtung der Feldlinie) ist.

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Link: Feldlinien im elektrischen Feld

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