Magnetostatik mit H - KPK
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Magnetostatik mit H Holger Hauptmann Europa-Gymnasium, Wörth am Rhein [email protected] Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 1 Maxwell-Gleichungen formuliert mit E und B: E: Quellen sind elektrische Ladungen Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H B: Quellenfrei 2 Magnetostatik mit B Folgerung: - Magnetische B-Feldlinien sind stets geschlossen Nicht zu folgern: - Wie verlaufen die Feldlinien? - Wo sitzen die Magnetpole? (Was sind Magnetpole?) Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 3 Magnetostatik mit B Beobachtungen: - Feldlinien haben Knicke - Feldlinien laufen nicht notwendig durch Pole Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 4 Magnetostatik mit B Feldlinienbilder oft falsch Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 5 Maxwell-Gleichungen formuliert mit E und H: Wirbeldichte Quellendichte H: nicht Quellenfrei Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 6 Magnetostatik mit H N N N N N Folgerungen: - Magn. H-Feldlinien beginnen auf positiver und enden auf negativer magnetischer Ladung. - Sie laufen vom Nord- zum Südpol. - Die Pole sind da, wo die HFeldlinien beginnen und enden. Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H S S S S S 7 Magnetostatik mit H Für das Zeichnen von HFeldlinien gelten die gleichen Regeln wie für das Zeichnen elektrischer Feldlinien. Die Magnetostatik ist genauso einfach wie die Elektrostatik! Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 8 Magnetostatik mit H B B = m0 ( H + M ) H außerhalb von Materie: B ~ H Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 9 Ring- und Scheibenmagnet Ringmagnet mit Schlitz Scheibenmagnet Wie sieht das magnetische Feld der Magnete aus? Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 10 Ring- und Scheibenmagnet Ringmagnet mit Schlitz Scheibenmagnet Das magnetische Feld ist identisch, so wie die Polverteilung. Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 11 magnetisierter Ring Der Scheibenmagnet wird umgedreht in den Schlitz des Ringmagneten gesteckt. ← Der magnetisierte Ring hat keine Pole und kein Feld mehr. Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 12 Magnetpole und magnetische Ladung An Magnetpolen befindet sich magnetische Ladung Qm. Nordpol: positive magnetische Ladung Südpol: negative magnetische Ladung Es handelt sich um gebundene Ladungen (Dipolladung). Folge: Die Gesamtladung jedes Magneten ist Null. Magnetische Ladung ist von magnetischen Feldern umgeben. Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 13 Magnetisierungslinien und Feldlinien Magnetisierungslinien beginnen auf negativer und enden auf positiver magnetischer Ladung, oder sie sind in sich geschlossen. H-Feldlinien beginnen auf positiver und enden auf negativer magnetischer Ladung. H-Feldlinien beginnen wo Magnetisierungslinien enden und umgekehrt. B-Feldlinien haben keinen Anfang und kein Ende. B = m0 ( H + M ) Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 14 Ein kleiner Test: magnetisierte Hohlkugel Wie sieht das magnetische Feld der Hohlkugel aus? Nordpol Südpol Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 15 elektrische und magnetische Influenz Entstehung von Oberflächenladungen durch - Verschiebung freier elektrischer Ladungen (el. Leiter) - Ausrichten elektrischer Dipole (Dielektrika: Polarisierung) - Ausrichten magn. Dipole (Weichmagnete: Magnetisierung) Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 16 elektrische und magnetische Influenz Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 17 elektrische und magnetische Influenz Entstehung von Oberflächenladungen durch - Verschiebung freier elektrischer Ladungen (el. Leiter) - Ausrichten elektrischer Dipole (Dielektrika: Polarisierung) - Ausrichten magn. Dipole (Weichmagnete: Magnetisierung) Metall / Dielektrikum mit r → ∞ / Weichmagnet mit μr → ∞ : Im Inneren feldfrei Feldlinien enden senkrecht auf der Oberfläche Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 18 Weichmagnete Weichmagnet mit μr → ∞ Weichmagnet mit μr = 2 Metall / Dielektrikum mit r → ∞ Dielektrikum mit r = 2 Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 19 Supraleiter Weichmagnet mit μr → ∞ Diamagnet mit μr = 0 Metall / Dielektrikum mit r → ∞ kein elektrisches Analogon Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 20 Weichmagnet und Hartmagnet induzierter Weichmagnet Magnetpol (Hartmagnet) elektrischer Leiter elektrischer Nichtleiter Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 21 Ein trickreicher Hufeisenmagnet Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 22 Der Aufbau des Hufeisenmagneten Stabmagnet Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H Weicheisen 23 Das Magnetfeld des Hufeisenmagneten Zwischen den Schenkeln: homogenes Magnetfeld, wie beim Kondensator Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 24 Wie kommt das homogene Feld zustande? Nordpolladung Südpolladung Auf den Schenkeln werden Magnetpole influenziert. Die magnetische Ladung verteilt sich wie beim Kondensator. Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 25
