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Magnetisches Feld 05:41 min

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Transkript Magnetisches Feld

Hallo und herzlich willkommen zu Physik mit Kalle. Wir wollen uns heute, wieder aus dem Themengebiet Elektrizität und Magnetismus, das Magnetfeld genauer ansehen. Für dieses Video ist es hilfreich, wenn ihr bereits das Video über das elektrische Feld gesehen habt.  Wir lernen heute, was ein Magnetfeld ist, wie man es darstellen kann und was die magnetische Feldstärke H ist. Dann mal los.  Was ist denn ein Magnetfeld? Ich entschuldige mich schon mal im Voraus für die vage Antwort. Aber ein Magnetfeld ist ein Feld, in dem magnetische Kräfte wirken. Warum ich das so erkläre, erfahrt ihr gleich. Wie auch das elektrische Feld wird das magnetische Feld durch zwei verschiedene Vektorfelder beschrieben. Die magnetische Flussdichte B und die magnetische Feldstärke H. Die Letztere wollen wir uns im letzten Kapitel noch ein wenig genauer ansehen. Ein Magnetfeld kann verursacht werden durch magnetische Stoffe, elektrische Ströme und sich mit der Zeit ändernde elektrische Felder. So, dann wollen wir uns erst mal anschauen, wie man das Ganze darstellen kann. Man kann das magnetische Feld eines Stabmagneten sichtbar machen, z. B. mit fein gefeilten Eisenspänen. Das sieht ungefähr so aus. Da uns das Ganze doch sehr an die Feldliniendarstellung eines elektrischen Feldes, einer positiven und einer negativen Punktladung erinnert, nehmen wir mal einen zweiten Stabmagneten hinzu und überprüfen, welches Bild wir erhalten, wenn wir zwei Nordpole aneinanderhalten. Auch das sieht genauso aus, wie das elektrische Feld zweier positiver Punktladungen. Und wenn ich nun einen der beiden Magnete drehe, sollte ich wieder ein Feldlinienbild erhalten, das dem einer positiven und einer negativen ähnelt. Und auch das stimmt. Ist also das magnetische Feld einfach das gleiche wie das elektrische Feld nur, dass Plus und Minus durch Nordpol und Südpol ersetzt werden? Wir stellen also das magnetische Feld, genau wie das elektrische Feld, mit Feldlinien dar. Und auch hier gibt es eine festgeschriebene Richtung. Die Feldlinien laufen von Nord nach Süd. Ich merke es mir so: Wenn ich Nordpol mit N und Südpol mit S abkürze, habe ich in dieser Regel, von Nord nach Süd, drei N's hintereinander. So kann ich die Richtung nicht durcheinanderbringen. Außerdem sind im magnetischen Feld die Feldlinien geschlossen. D. h., sie laufen durch den Stabmagneten hindurch, um auf der anderen Seite wieder herauszukommen. Und das bringt uns auch schon zur Frage von gerade eben. Plus und Minus im elektrischen Feld entsprechen nämlich nicht einfach Nord und Süd im magnetischen Feld. Es gibt einen wichtigen Unterschied zwischen den beiden.

Wenn ich einen Magneten in der Mitte durchschneide, erhalte ich nicht einen Nord- und einen Südpol, sondern zwei kleinere schwächere Magneten, mit jeweils einem Nord- und Südpol. Es gibt also ohne Nordpol keinen Südpol. Und deshalb habe ich am Anfang auch so ungenau beschrieben, was ein Magnetfeld eigentlich ist und was darin passiert. Im elektrischen Feld kann ich einfach eine kleine Ladung in das Feld einer großen Ladung setzen und schauen was passiert. In einem Magnetfeld muss ich aber immer einen Nord- und Südpol in ein magnetisches Feld setzen. Dazu kommt auch noch, dass im magnetischen Feld nicht nur eine, sondern zwei verschieden Kräfte wirken, und zwar auf Magnete. Das kennt ihr. Man nimmt einen Magneten, bringt ihn in das Feld eines zweiten Magneten, und wenn man die beiden gleichnamigen Pole einander zugewandt hat, werden sich die Magnete abstoßen. Wenn man die beiden verschiedenen Pole einander zuwendet, werden sie sich anziehen. Diese Kraft wirkt immer entlang der Feldlinien. Die zweite Kraft, die in einem Magnetfeld wirken kann, ist ein wenig komplizierter und sie wirkt auf bewegte Ladungen. Diese Kraft wirkt immer senkrecht zu den Feldlinien und dazu auch noch senkrecht zur Bewegungsrichtung. Man nennt sie die Lorentzkraft und mehr dazu erfahren wir später. So, zum Abschluss wollen wir uns noch kurz die magnetische Feldstärke H ansehen. Die magnetische Feldstärke H ist ein Vektorfeld, das für jeden Punkt die Stärke und Richtung des Magnetfeldes angibt. Die magnetische Feldstärke H hängt mit der magnetischen Flussdichte B über eine relativ einfache Gleichung zusammen, B=µ0×H im Vakuum. µ0 ist dabei übrigens die Permeabilität des Vakuums. Mehr dazu erfahrt ihr im Video über die Permeabilität. Die Einheit der magnetischen Feldstärke ist A/m. Und ein einfaches Beispiel für die magnetische Feldstärke: Das Feld um einen geraden Leiter, in dem ein Strom I fließt ist H=I/(2π×r). Dabei ist I der Strom im Leiter, r der Abstand vom Leiter und der Faktor 2π kommt durch den Kreisumfang. Wir wollen noch mal wiederholen, was wir heute gelernt haben. In einem Magnetfeld wirken magnetische Kräfte auf andere Magneten oder bewegte Ladungen. Ein Magnetfeld lässt sich gut darstellen durch Feldlinien. Diese verlaufen von Nord nach Süd und sind geschlossen. Vorsicht, anders als bei elektrischen Ladungen, gibt es keinen Nordpol ohne dazugehörigen Südpol. Die magnetische Feldstärke H gibt die Stärke und die Richtung des Magnetfeldes für jeden Punkt an. Ihre Einheit ist A/m und die Feldstärke des Feldes um einen geraden Leiter ist H= I/2 πr. So, das war es schon wieder für heute. Ich hoffe, ich konnte euch helfen, Vielen Dank fürs Zuschauen und vielleicht bis bald. Euer Kalle.  

12 Kommentare
  1. hamma

    Von Itslearning Nutzer 2535 403651, vor 24 Tagen
  2. geil

    Von Itslearning Nutzer 2535 411505, vor 24 Tagen
  3. die is de hamma

    Von Itslearning Nutzer 2535 403651, vor 24 Tagen
  4. ich fand dis vedio sehr tol und wurd es tol waiter emfehlen
    fil spas beim ankuken <3
    MFG dein vati

    Von Itslearning Nutzer 2535 410654, vor 24 Tagen
  5. @Aermelkanal,
    das magnetische Feld breitet sich kreisförmig um den Leiter herum aus. Dabei schwächt es sich mit zunehmender Größe immer mehr ab. Die Abnahme der Feldstärke ist dabei linear vom Umfang des Kreises abhängig. Da gilt: U=2πr, könnte man auch sagen H=I/U, doch dies würde sicherlich zu Verwechselungen mit der Spannung führen.

    Mit freundlichen Grüßen
    Die Redaktion

    Von Karsten Schedemann, vor etwa einem Jahr
  1. ich finde es nicht ganz schlüssig, du erklärst gar nicht wie du auf den Kreisumfang kommst. ein bisschen mehr Visualisierung an dieser stelle wäre gut.

    Von Aermelkanal, vor mehr als einem Jahr
  2. Tolles Video, echt suuuupi erklärt!!!!
    :-)
    ;-)

    Von Jonas Nelly b., vor mehr als einem Jahr
  3. Gut erklärt ! Hat mir geholfen. Danke!!!

    Von Jeremias Bolanos Mamani, vor mehr als 2 Jahren
  4. Zu viel Kaffeeeeeeee (:
    Viel zu schnell gesprochen aber sonst wie immer super cool erklärt
    (::::::::

    Von M Walch, vor mehr als 3 Jahren
  5. Danke

    Von Tim W., vor fast 6 Jahren
  6. Aber im Magneten ist es dann von S nach N (2:32)

    Von Buchbergermario, vor etwa 6 Jahren
  7. Hammer geiles Video daaaaankkkeeeee Kallleeee
    :D

    Von Leonardkummer, vor fast 7 Jahren
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Magnetisches Feld Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Magnetisches Feld kannst du es wiederholen und üben.

  • Gib an, wodurch ein Magnetfeld entstehen kann.

    Tipps

    Erinnere dich an deine Erfahrungen mit Magnetismus.

    Wodurch wird das Erdmagnetfeld erzeugt?

    Der Begriff elektromagnetisches Feld lässt auf einen Zusammenhang zwischen elektrischen und magnetischen Feldern schließen.

    Lösung

    Magnetfelder können von magnetischen Stoffen erzeugt werden. Das kennen wir vom Tafel- oder Kühlschrankmagnet.

    Aber auch wenn elektrische Felder vorhanden sind, die sich mit der Zeit verändern, so wie wenn Ladungen sich bewegen, dann entstehen magnetische Felder. Man spricht daher auch oft von elektromagnetischen Feldern.

    Die Entstehung des Erdmagnetfeldes ist noch nicht sicher geklärt. Man geht aber davon aus, dass insbesondere die folgenden Punkte einen wesentlichen Einfluss haben:

    • innerer fester Erdkern aus annähernd reinem Eisen
    • äußerer flüssiger und eisenhaltiger Erdkern
    • Rotation der Erde
    Große Massen oder heiße Materialien allein erzeugen hingegen noch kein Magnetfeld.

  • Stelle ein Magnetfeld graphisch dar.

    Tipps

    Achte auf die Pfeilrichtungen.

    Der Merksatz enthält dreimal aufeinanderfolgend den Buchstaben N.

    Der Nordpol wird in der Physik immer rot und der Südpol immer grün dargestellt.

    Lösung

    Das Feldlinienmodell soll die unsichtbaren Magnetfelder verbildlichen. Für dieses Modell gelten drei Regeln:

    • Feldlinien schneiden sich nie.
    • Feldlinien sind geschlossen.
    • Feldlinien werden als Pfeile dargestellt und weisen immer vom Nord zum Südpol.
    Der Nordpol wird in graphischen Darstellungen immer rot und der Südpol grün eingefärbt.

  • Beschreibe, worauf magnetische Felder wirken.

    Tipps

    Stelle dir ein Magnetfeld vor.

    Verwende die Fachbegriffe.

    Hast du schon mal von der Dreifingerregel gehört?

    Lösung

    Alle Felder wirken immer entlang ihrer Feldlinien, genauso gilt das natürlich auch für Magnetfelder.

    Ein magnetisches Feld wirkt jedoch nicht nur auf magnetische Stoffe, sondern auch auf bewegte elektrische Ladungen. Die hervorgerufene Kraft wird Lorentzkraft genannt.

    Um ihre Richtung zu bestimmen, kannst du die Linke-Hand-Regel zur Hilfe nehmen. Dazu musst du die Bewegung der Elektronen kennen oder die Rechte-Hand-Regel, wenn ein elektrischer Strom gegeben ist, bei dem man meist die technische Stromrichtung von Plus nach Minus voraussetzt.

  • Berechne die magnetische Feldstärke um den stromdurchflossenen Leiter im Abstand von 10 cm.

    Tipps

    Runde angemessen.

    Rechne in SI-Einheiten und gib den Bruch X durch Y in der Form X/Y an.

    Lösung

    Gegeben: $ I = 5 \,\text{A}, \quad r=0,1\,\text{m}$

    Gesucht: $H$

    Rechnung: $H=\frac{I}{2\cdot \pi \cdot r}=\frac{5 \,\text{A}}{2\cdot \pi \cdot 0,1\,\text{m}}\approx 7,96 \frac{\text{A}}{\text{m}}$

  • Ermittle bei den Magnetfeldern jeweils die Polung der Magneten.

    Tipps

    Beachte die Verläufe der Magnetfeldlinien.

    Was bedeuten die Pfeile auf den Linien?

    Ein Magnet hat immer einen Nord- und Südpol.

    Lösung

    In dieser Aufgabe sind oben zwei Stabmagnete und ein Hufeisenmagnet dargestellt.

    Unten kannst du sehen, wie Magnete wechselwirken, wenn sie entweder mit unterschiedlichen Polen aneinander gehalten werden oder mit gleichen Polen.

    Da die Magnetfeldlinien immer vom Nord- zum Südpol verlaufen, haben sie eine ganz bestimmte Richtung, die mit einem kleinen Pfeil gekennzeichnet ist. Der Pfeil zeigt also immer auf den Südpol.

  • Erkläre die dargestellte Formel.

    Tipps

    Welche Buchstaben stehen hier für Größen und welche für Einheiten?

    Beachte, dass diese Formel nur im Vakuum gilt und man bei Verwendung anderer Materialien den Faktor $\mu_r$ berücksichtigen muss.

    H steht hier nicht für die Einheit Henry.

    Lösung

    Die dargestellte Formel beschreibt den Zusammenhang zwischen magnetischer Flussdichte $\vec B$ und der magnetischen Feldstärke $\vec H$. Man sieht, dass deren Verhältnis, also der Bruch $\frac{\vec B}{\vec H}=\mu_0\cdot \mu_r=\mu$, konstant ist und von dem Material in dem Magnetfeld abhängt.

    Beachte, dass diese Formel aus der Aufgabe nur im Vakuum gilt und man bei Verwendung anderer Materialien den Faktor $\mu_r$ berücksichtigen muss, der vom Material abhängig ist.

    Wenn physikalische Größen in eckigen Klammern geschrieben werden, dann meint man immer ihre Einheit. Daran kann man erkennen, dass die Einheit der magnetischen Feldstärke Ampère pro Meter ist.