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Artikel 2
Magnetfeld gerader Leiter
Jeder elektrische Strom, ob er durch ein Metall, einen Halbleiter, einen Elektrolyt, eine Batterie, einen Akku
oder durch das Vakuum fließt, umgibt sich mit einem Magnetfeld.
Das Magnetfeld hat bei einem geraden Metalldraht die Gestalt konzentrischer Rohre, die im allgemeinen als konzentrische Kreise dargestellt
werden und sich als Schnitte auffassen lassen, die senkrecht zu den
Rohrachsen ausgeführt werden. Die Schnitte können auch als Feldlinien gedeutet werden, in deren Mittelpunkt der vom Strom durch(+) I
flossene Leiter liegt (Abb. 1). Den konzentrischen Feldlinien muss

Θ ein Richtungssinn zugeordnet werden; denn eine Magnetnadel, die in
das Feld des Leiters hineingestellt wird, gibt mit ihrem Nordpol stets
die Richtung der Feldlinien an. Dabei richtet sie sich in der Weise
aus, dass die Feldlinien in den Südpol der Magnetnadel eintreten und
sie durch den Nordpol wieder verlassen. Das Auftreten eines DrehN
moments bei der Ausrichtung der Nadel wird mit der Tendenz der
Feldlinien erklärt, sich zu verkürzen. Im Fall der Anordnung, die in
S
Abb. 1dargestellt ist, fließt ein Strom (+ I) fiktiver positiver Ladungen von dem auf der linken Seite liegenden Pluspol durch den Leiter
zu dem rechts liegenden Minuspol (Technische Stromrichtung TS).
Das zugehörige magnetische Feld erscheint in Form konzentrischer
Abb. 1, Technische Stromrichtung ( TS)
Blick in die positive Stromrichtung
Feldlinien, deren Richtung durch den Vorschub einer sich in StromRechtsdrehung
richtung eindrehenden Rechtsschraube gegeben ist. Das bedeutet,
dass die Feldlinien, in Strömungsrichtung betrachtet, eine Drehung
im Uhrzeigersinn aufweisen. Unterhalb des Leiters befindet sich eine
Magnetnadel, deren Ruhelage im Erdfeld durch den von rechts nach
links weisenden punktierten Pfeil angedeutet wird. Die Ausrichtung
im Feld des Leiters wird durch den ausgezogenen Pfeil gekennzeichnet. Dessen Nordpol weist hinter die Papierebene und der Südpol
(+) I 
auf den Betrachter (Abb. 1. Damit wird die Rechtsdrehung der Feld
Θ
linien bestätigt. Blickt man nun vom Minuspol gegen die positive
Stromrichtung auf den Pluspol, so zeigt die Magnetnadel eine Linksdrehung an (Abb. 2). Diese Blickrichtung gegen die Strömung ist
aber zugleich die Richtung des Stromes der realen Elektronen, die ein
negatives Vorzeichen tragen (Physikalische Stromrichtung PS). Das
N
linksdrehende Feld ist offenbar typisch für einen Strom mit negativen
S
tiven Ladungsträgern (Abb. 3). Abb. 2 und 3 stellen TS und PS dar,
beide gegen die Strömungsrichtung betrachtet. Die Abb. 3 bildet den
Übergang zur NV. Wird nämlich das Vorzeichen der Elektronen
umgewandelt, entsteht ein positiver Strom, der von rechts nach links
Abb. 2, Technische Stromrichtung (TS)
Blick gegen die positive Stromrichtung
durch den Leiter fließt. Da wieder, wie überall in der Physik, eine RechtsLinksdrehung
schraubenregel gelten soll, muss die Richtung des Magnetfeldes von einer
Linksdrehung in eine Rechtsdrehung geändert werden (Abb.4 ). Folgerichtig muss dann auch die Feldrichtung der Magnetnadel in die Gegenrichtung verkehrt werden. Dies geschieht dadurch, dass die Feldlinien
in den Nordpol der Nadel (oder allgemein eines Magneten) eintreten
und ihn über den Südpol wieder verlassen. Auf diese Weise behält
(–)I
die
Magnetnadel die gleiche Richtung, die sie in den Fällen von TS
Θ

Θ
(Abb. 1) und PS (Abb. 3) bereits eingenommen hatte (vgl. auch Abb. 4).
Wenn man die Veränderungen zusammenstellt, die beim
Übergang von der KV zur NV stattgefunden haben, so handelt es sich nur
um zwei Dinge. 1. Die Vorzeichen der Pole und 2. die Richtung der
N
Magnetfelder wurden geändert. Dabei gelten die üblichen Regeln
unverändert weiter. So ist der Ausgangspunkt eines positiven Stromes
im Verbraucher ein positiver Pol, und der positive Strom fließt in einem
Verbraucher stets vom positiven zum negativen Pol. Bei der Bestimmung
der Drehrichtung des Magnetfeldes eines geraden Leiters gilt die RechtsAbb. 3, Physikalische Stromrichtung (PS)
Blick in die negative Stromrichtung
schraubenregel. Dreht man eine Rechtsschraube in der Richtung des
Linksdrehung
positiven Stromes ein, so dass der Vortrieb mit der Stromrichtung
übereinstimmt, so gibt die Drehrichtung der Schraube die Richtung des magnetischen Feldes an.
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Schließlich soll noch auf eine weitere Bezeichnung der Magnetpole hingewiesen werden, die gegenwärtig
nur selten verwendet wird, die jedoch im vorliegenden Fall von Nutzen sein könnte.
Der magnetische Nordpol wird gelegentlich auch mit Pluspol
und der magnetische Südpol mit Minuspol bezeichnet (KV). Dabei
wird unter Pluspol derjenige Pol verstanden, aus dem die magnetischen Feldlinien austreten (Nordpol), und unter Minuspol derjenige Pol (Abb. 5), in den die Feldlinien eintreten (Südpol).
Diese Definitionen legen es nahe, den Nordpol im Sinne der NV
(+) I
jetzt mit Minuspol (Feldlinieneintritt) und dementsprechend den

Θ

Südpol nun mit Pluspol (Feldlinienaustritt) zu bezeichnen
(Abb. 6), während die Bezeichnungen Nordpol und Südpol an
den bisherigen Stellen unverändert erhalten bleiben.
.
N
N
Pluspol
S
˚
Minuspol
S
Abb. 4, Neue Vorzeichengebung (NV)
Blick in die positive Stromrichtung, Rechtsdrehung
Abb. 5, Magnetnadel, KV
Der Nordpol einer Magnetnadel zeigt bei der NV ebenso wie
bei der KV in die Richtung des magnetischen Südpols der Erde,
N
S
der in der Nähe des geographischen Nordpols liegt, während der
˚
Südpol der Magnetnadel in die Richtung des magnetischen
Minuspol
Pluspol
Nordpols der Erde weist, der sich in der Nähe des geographischen
Südpols befindet. Im Sinne der neuen Vorzeichengebung treten
die magnetischen Feldlinien aus dem magnetischen Südpol der
Abb. 6, Magnetnadel, NV
Erde aus und in den magnetischen Nordpol ein. Im Innern der
Erde und ebenso im Innern eines jeden Permanentmagneten
oder einer Spule verlaufen die Feldlinien vom magnetischen Nordpol zum magnetischen Südpol.
In der folgenden Tabelle sind die Gemeinsamkeiten und die Unterschiede zwischen der Konventionellen
Vorzeichengebung mit den beiden unterschiedlichen Lesarten der Technischen und der Physikalischen
Stromrichtung und der Neuen Vorzeichengebung zusammengestellt worden.
Konvent. Vorzeichengebung (KV)
Richtung Technische Stromrichtung (Abb.1):
der
Ein Strom fiktiver positiver ElemenStröme
tarladungen läuft von links nach
rechts.
Neue Vorzeichengebung (NV)
Ein Strom realer Elektronen,
denen jeweils eine positive
Elementarladung zugeordnet
ist, bewegt sich von rechts
nach links (Abb.4).
Physikalische Stromrichtung:
Ein Strom realer Elektronen, denen
jeweils eine negative Elementarladung zugeordnet wird, bewegt sich
von rechts nach links (Abb. 3).
Richtung Der Nordpol der unter dem Leiter
der
aufgestellten Magnetnadel zeigt
Magnet
in beiden obigen Fällen (TS und PS)
felder
eine Rechtsdrehung an (Abb. 1 u. 3)
Tabelle
Der Nordpol der unter dem
Leiter aufgestellten
Magnetnadel zeigt eine
Rechtsdrehung an
Gemeinsamkeiten
Die Richtung des realen
Elektronenstroms mit
negativen Vorzeichen
(KV) stimmt mit der
Richtung des realen
Elektronenstroms mit
positiven Vorzeichen
(NV) überein. Beide
laufen von rechts nach
links (vgl. Abb. 3 u. 4)
Unterschiede
Die Richtung des fiktiven
positiven Stromes der
KV von links nach rechts
(Abb. 1) unterscheidet
sich von der des realen
Elektronenstroms mit
positivem Vorzeichen
der NV (von rechts nach
links, Abb. 4)
Der Nordpol der unter
Wegen der verschiedenen
dem Leiter aufgestellten Strömungsrichtungen der
Magnetnadel zeigt bei
fiktiven positiven Elemenbeiden Vorzeichentarladungen und der realen
systemen eine Rechts- positiven Elektronen haben
drehung an
auch die Magnetfelder im
direkten Vergleich unterschiedliche Richtungen.
Ein Ausgleich erfolgt da durch, dass die Richtung
der Magnetfelder in
Magnetnadeln und allen
anderen magnetischen
Körpern umgekehrt wird.