Erklärung — Leiter und Spule
Der gerade Leiter
Nicht nur Dauermagnete haben ein Magnetfeld: Eine Kompassnadel neben einem Draht schlägt aus, sobald Strom fließt.
- Feldform:um einen geraden Leiter sind die Feldlinien konzentrische Kreise.
- Rechte-Hand-Regel:Daumen in Stromrichtung, die gekrümmten Finger zeigen die Feldrichtung.
- Flussdichte:die Stärke des Magnetfelds heißt magnetische Flussdichte \(B\), Einheit Tesla (T); wie man \(B\) misst, folgt in 2.1.4.
- Abhängigkeit:\(B\sim I\) und \(B\sim\dfrac1r\) — mehr Strom verstärkt, mehr Abstand schwächt das Feld.
\(B=\dfrac{\mu_0\, I}{2\pi\, r}\)
\(\mu_0=4\pi\cdot10^{-7}\,\mathrm{\tfrac{T\,m}{A}}\): magnetische Feldkonstante, \(r\): Abstand vom Leiter
Aufsicht auf einen Leiter, dessen Strom aus der Ebene herauszeigt. Die Feldlinien sind Kreise. Die Flussdichte B steigt mit mehr Strom und sinkt mit größerem Abstand.
Die Spule (Solenoid)
- Überlagerung:in einer langen Spule addieren sich die Felder aller Windungen.
- Innen:nahezu homogenes Feld — parallele, gleich dichte Feldlinien.
- Außen:Feld wie bei einem Stabmagneten; die Rechte-Hand-Regel (Finger in Stromrichtung der Windungen) zeigt mit dem Daumen zum Nordpol.
- Eisenkern:verstärkt das Feld um den Faktor \(\mu_r\) (Permeabilitätszahl).
\(B=\mu_0\,\mu_r\,n\,I=\mu_0\,\mu_r\,\dfrac{N}{l}\,I\)
\(n=\tfrac{N}{l}\): Windungen pro Länge, \(\mu_r\): Permeabilitätszahl (Eisenkern \(\gg 1\))
Feld eines Leiters berechnen
Strom \(I=10\,\mathrm A\), Abstand \(r=5{,}0\,\mathrm{cm}\).
Allgemeine Hinweise
Punkt und Kreuz
\(\odot\): Strom kommt aus der Ebene heraus, \(\otimes\): Strom geht hinein — wie Pfeilspitze und Pfeilende.
r in Meter
Für B in Tesla muss r in Metern stehen.
n ist Windungen pro Meter
In \(B=\mu_0\mu_r n I\) steht \(n=\tfrac{N}{l}\), nicht die Windungszahl \(N\) allein. Der Spulendurchmesser kommt nicht vor.