(Das magnetische Feld).

4. Magnetische Felder
Magnetismus ist ein Phänomen, das bereits seit der Antike bekannt ist. Die Griechen und wahrscheinlich unabhängig davon auch die Chinesen entdeckten bereits mehrere Jahrhunderte vor
Christus, dass sich Splitter von sog. „Magneteisenstein“ nach Norden bzw. Süden ausrichteten. Heute
weiß man, dass diese Magneteisensteine aus dem Mineral Magnetit, einem Eisenoxid bestehen, das
sog. ferromagnetische Eigenschaften ausweist, also ein eigenes Magnetfeld besitzt. Im 11.
Jahrhundert nach Christus entwickelten chinesische Seefahrer mit diesem Material sog.
schwimmende Kompasse, in denen Kompassnadeln aus Magnetit in einem Wasserbehälter
schwimmend gelagert wurden. Im Magnetfeld der Erde richteten sich die Kompassnadeln in NordSüd-Richtung aus, so dass die Navigatoren der Schiffe auch bei schlechtem Wetter die
Himmelsrichtung bestimmen konnten, ohne sich hierfür an der Sonne oder den Sternen orientieren
zu müssen.
[21] Kompass
Ziel des folgenden Kapitels ist es die Eigenschaften von magnetischen Feldern zu untersuchen um
damit die Funktionsweise von wichtigen technischen Geräten wie dem Elektromotor, dem Generator
oder dem Transformator verstehen zu können.
4.1 Eigenschaften des magnetischen Feldes
Definition:
Im Raum um einen Magneten existiert ein magnetisches Feld. Im magnetischen Feld
eines Magneten wirken auf andere Magnete Kräfte.
Man kann das magnetische Feld mit Hilfe von Eisenspänen auf einer Glasplatte sichtbar machen.
Magnetische Feldlinien verlaufen definitionsgemäß vom magnetischen Nord- zum magnetischen
Südpol. Die Pfeilrichtung der magnetischen Feldlinien gibt die Richtung der Kraft an, die auf den
Nordpol eines im Feld befindlichen Probemagneten wirkt (siehe Zeichnung).
© M.Brennscheidt
Eigenschaften des magnetischen Feldes:
1. Magnetische Feldlinien kreuzen sich nie.
2. Magnetische Feldlinien sind stets geschlossene Kurven ohne Anfang und Ende. Es gibt keine
magnetischen Monopole.
3. Werden die Feldlinien dichter gezeichnet, so veranschaulicht dies den größeren Betrag der
Kraft auf einen Probemagneten.
4. In homogenen Magnetfeldern ist die Kraft auf den Nordpol eines Probemagneten überall in
Betrag und Richtung gleich.
Punkt 3 stellt einen gravierenden Unterschied zum elektrischen Feld dar. Das elektrische Feld besitzt
in positiven Ladungen sog. Quellen von denen die Feldlinien ausgehen. Die Feldlinien enden an
negativen Ladungen den sog. Senken des elektrischen Feldes. Derartige Quellen und Senken gibt es
in magnetischen Feldern nicht. Auch der Nord- oder der Südpol eines Magneten stellt keine Quelle
oder Senke dar, da die magnetischen Feldlinien sich im Innern des Magneten fortsetzen und
geschlossene Kurven ohne Anfang und Ende bilden.
4.2 Magnetische Influenz
Im magnetischen Feld eines Permanentmagneten wirken auf andere Magnete Kräfte. Warum wird
aber zum Beispiel ein Körper aus Eisen auch von einem Magneten angezogen? Diese Frage kann
mithilfe des Prinzips der magnetischen Influenz erklärt werden:
Sämtliche Stoffe besitzen auf atomarer Ebene sog. magnetische Dipole. Eisen gehört zu einer Gruppe
von sog. ferromagnetischen Stoffen, in denen diese Dipole so miteinander wechselwirken, dass sich
© M.Brennscheidt
winzige Bereiche ausbilden, in denen die Dipole alle gleich ausgerichtet sind. Diese Bereiche werden
„Weiss`sche Bezirke“ genannt.
Zunächst sind diese Bezirke im Eisen völlig unterschiedlich ausgerichtet, so dass sich deren
magnetische Wirkung im Mittel aufhebt. Der Eisenkörper ist also zunächst nicht magnetisch. Wird
der Eisenkörper jedoch in das magnetische Feld eines Permanentmagneten gebracht, so werden die
Weiss`schen Bezirke zum großen Teil entlang der Feldlinien des äußeren magnetischen Feldes
ausgerichtet (siehe Abbildung). Der Eisenkörper wird somit selbst zum Magneten und wird deshalb
vom Permanentmagneten angezogen. Dieser Vorgang wird magnetische Influenz genannt.
Im Gegensatz zu den magnetische Dipolen können Weiss`sche Bezirke im Experiment direkt
beobachtet werden. Die folgenden Abbildungen zeigen Weiss`sche Bezirke (sog. Domänen) die mit
einem MFM (magnetic-force-microscope) aufgenommen wurden.
Anmerkung: In Permanentmagneten sind die Weiss’schen Bezirke bereits geordnet. Durch starkes
Erhitzen oder den Einfluss von großen mechanischen Kräften (Hammerschläge) lässt sich die
magnetische Wirkung von Permanentmagneten zerstören, da die Ausrichtung der Weiss’schen
Bezirke in Unordnung gebracht wird.
© M.Brennscheidt