Was sind magnetische Felder - Der vollständige Leitfaden

Das Magnetfeld ist ein besonderes Phänomen, das bei vielen Anwendungen eine wichtige Rolle spielt. Ob bei grundlegenden oder fortgeschrittenen Anwendungen, ein richtiges Verständnis dieses Phänomens ist von größter Bedeutung.

Aus diesem Grund erfahren Sie in diesem Leitfaden alles, was Sie über das Magnetfeld wissen müssen.

Was sind magnetische Felder?

Für Anfänger definieren wir es als ein magnetisches Objekt, das ein Magnetkraft ausgeübt wird. Einfacher ausgedrückt handelt es sich um unsichtbare Bereiche um den Magneten herum, die andere magnetische Objekte anziehen oder abstoßen können.

Wir können Magnetfelder auf zwei verschiedene Arten analysieren:

Vektorfeld

Wie wir aus der grundlegenden mathematischen Geometrie wissen, muss jeder Vektor sowohl einen Betrag als auch eine Richtung besitzen. Das Magnetfeld erfüllt diese Bedingung, und deshalb können wir es in einer Zeichnung durch ein Gitter mit mehreren Vektorsätzen darstellen.

Jeder einzelne Vektorpunkt muss in eine Richtung zum Kompass zeigen. Die Stärke der Magnetkraft bestimmt die Länge jedes Vektors.

Magnetische Feldlinien

Da sie imaginär sind, befinden sie sich um einen Magneten herum. Die Liniendichte des Feldes bestimmt die Stärke, die es haben kann. Das Magnetfeld ist normalerweise an den Polen sehr stark und wird schwächer, je weiter man sich von den Polen entfernt.

Ursprung der magnetischen Felder

Magnetische Felder werden durch die Bewegung bestimmter elektrischer Ladungen, insbesondere von Elektronen, erzeugt. Es ist bekannt, dass sie eine negative Ladung enthalten und dass ihre Bewegung in einer bestimmten Weise Magnetfelder erzeugen kann.

Wir finden diese Magnetfelder in den inneren Strukturen magnetischer Materialien. Man findet solche Felder auch in Drähten, ein Phänomen, das wir Elektromagnetismus nennen.

Die zur Erzeugung von Magnetfeldern verwendeten Magnete sind in der Regel dipolar, d. h. sie enthalten sowohl Nord- als auch Südpole.

Eigenschaften von magnetischen Feldern

Magnetische Felder haben bestimmte Eigenschaften und Merkmale, die ihnen eigen sind. Verschaffen wir uns einen allgemeinen Überblick über einige von ihnen:

• An keinem Punkt überschneiden sich die Magnetfeldlinien oder überschneiden sich miteinander.
• Alle Magnetfeldlinien sind gleich lang
• Da die magnetischen Felder Betrag und Richtung haben, können sie als Vektorgrößen bezeichnet werden.
• Die Magnetfeldlinien folgen einem Weg mit dem geringsten Widerstand zwischen Nord- und Südpol.
• Magnetische Felder bilden eine geschlossene Schleife zwischen zwei beliebigen Polen.
• Die Dichte der Magnetfeldlinien nimmt deutlich ab, wenn sie sich von einem Bereich mit höherer zu einem Bereich mit geringerer Permeabilität bewegen.
• Die Flussrichtung des Magnetfelds verläuft in der Regel vom Süd- zum Nordpol in einem Material. Die Strömungsrichtung in der Luft ist umgekehrt, da sie sich vom Nord- zum Südpol bewegt.
• Das Magnetfeld in den Regionen, die die beiden Pole eines Magneten umgeben, ist normalerweise sehr hoch. Dies ist auf die hohe Konzentration an diesen Punkten und die geringe Dichte in der Mitte des magnetischen Objekts zurückzuführen.

Messung magnetischer Felder

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Magnetfelder zu messen. Dazu gehören:

Magnetometer

Mit dem auch als Gaussmeter bezeichneten Gerät können wir das Magnetfeld einer bestimmten Region messen. Es ist auch in der Lage, die Richtung zu erkennen, in der sich die Magnetfeldlinien bewegen.

Je nach Art des verwendeten Gaussmeters können sie verschiedene Prinzipien messen. Ein gutes Beispiel ist ein Gaussmeter, das nach dem Hall-Effekt durch Messung der Stärke eines Magnetfeldes mit Hilfe von Strom.

Andere Magnetometer nutzen den Magneto-Induktions-Effekt. Dadurch können sie die Magnetisierungsrate eines Materials quantifizieren, nachdem es einem Magnetfeld ausgesetzt wurde.

Schließlich gibt es noch einige, die sich auf den Magnetowiderstandseffekt stützen. Sie können feststellen, wie ein Material reagiert, indem es seine elektrischen Eigenschaften ändert, nachdem es einem Magnetfeld ausgesetzt wurde.

Fluxmeter

Der Unterschied zwischen diesem Gerät und einem Magnetometer besteht darin, dass es die Flussdichte misst. Wie wir wissen, ist der magnetische Fluss die Summe aller Magnetfelder, die durch eine bestimmte Zone gehen.

Es befolgt das Faradays Gesetz der elektromagnetischen Induktion. Es hat eine bewegliche Spule, die zwischen zwei festen Spulen arbeitet, die durch ihre Bewegung eine Spannung induzieren.

Diese Spannungsänderung wird von einem Kalibrierungsmessgerät aufgezeichnet. Dadurch wird das Vorhandensein des Flusses, der in diesem Magnetfeld vorhanden ist, quantifiziert.

Einheit des magnetischen Feldes

Das Internationale Maßsystem (auch SI-Einheit genannt) für Magnete ist das Tesla. Diese Einheit kann als die Flussdichte des Magneten oder die Stärke des Magnetfelds beschrieben werden.

Wir haben auch verschiedene andere Einheiten, die Sie in Fällen, die sich auf den Elektromagnetismus beziehen, verwenden können. Zu diesen SI-Einheiten gehören Gauß, 109 Gamma oder Maxwell.

Magnetische Feldstärke

Dies ist im Grunde der Anteil der magnetomotorischen Kraft, der die Flussdichte in einer Materialeinheit eines Magneten erzeugen kann. Wir können sie auch als Magnetfeldintensität bezeichnen.

Um zu wissen, wie stark die erzeugte Flussdichte ist, benötigen wir die so genannte magnetische Feldstärke. Die SI-Einheit für diese physikalische Größe wird in Ampere pro Meter (A/m) angegeben.

Wir sollten darauf achten, dass wir die magnetische Feldstärke nicht mit der magnetischen Flussdichte verwechseln. Beide Begriffe können jedoch verwendet werden, um die magnetische Feldstärke auszudrücken.

Der Hauptunterschied zwischen den beiden ist, dass die magnetische Flussdichte (B) in Newtonmeter pro Ampere (Nm/A) gemessen wird. Andererseits wird die Magnetfeldstärke (H) in Ampere pro Meter (A/m) ausgedrückt.

Auswirkungen der Zusammenführung zweier Magnetfelder

Wenn man zwei getrennte Magnete zusammenbringt, die sich nicht berühren, kommt es zu einer Störung der Magnetfeldlinien beider Magnete. Dieses Szenario ist vergleichbar mit dem, was passiert, wenn man verschiedene elektrische Ladungen in die Nähe bringt: Die elektrischen Feldlinien werden gestört.

Wenn man zwei ähnliche Pole (entweder N und N oder S und S) zusammenbringt, werden sie sich zwangsläufig abstoßen. Dies wiederum führt dazu, dass sich die beiden Pole voneinander wegbewegen.

Wenn man entgegengesetzte Pole zusammenbringt, verbinden sich die Magnetfeldlinien und erhöhen ihre Dichte an den Polen.

Biologische Wirkungen von Magnetfeldern

Wir können die biologischen Wirkungen von Magnetfeldern in zwei Kategorien einteilen. Sie können entweder physikalische Wirkungen oder biologische Wirkungen sein.

Die physischen Auswirkungen treten vor allem dann auf, wenn magnetische Objekte, die in unseren Körper implantiert sind oder uns umgeben, von einem Magnetfeld angezogen werden. Zu den implantierten Gegenständen können Herzschrittmacher, Organimplantate oder sogar in Knochen geschraubte chirurgische Klammern gehören.

Wenn Sie sich mit solchen Gegenständen in Ihrem Körper einem MRT-Gerät aussetzen, sind sie im Magnetfeld des Geräts sehr gefährlich. Wenn sich das Gerät mit hoher Geschwindigkeit bewegt, neigen die Objekte dazu, sich mit seinem Magnetfeld auszurichten.

Dadurch wird eine Art Drehmoment auf das implantierte Objekt ausgeübt, das schwere innere Verletzungen verursachen kann. Der Ferromagnetismus solcher Objekte wird in der Regel durch ihre Menge im Körper noch verstärkt.

Ob statische Felder Krebs verursachen können, ist zwar noch umstritten und muss weiter erforscht werden. Die häufige Verwendung von MRT hat jedoch Daten geliefert, die leichte reversible Auswirkungen statischer Felder auf Elektrokardiogramme zeigen.

Dies wird normalerweise durch die Bewegung des Blutes verursacht, das als leitendes Medium mit dem Magnetfeld um das Herz interagiert. Die dadurch verursachten Schäden sind jedoch vernachlässigbar und können nicht als großes Problem angesehen werden.

Das Magnetfeld der Erde

Wenn Sie die Richtung, die ein Kompass anzeigt, genau beobachtet haben, werden Sie feststellen, dass sie immer in Richtung Norden zeigt. Alle Kompasse sind mit einem Magneten ausgestattet, und ihre Bewegung wird in der Regel durch ein Magnetfeld begünstigt.

Dies ist ein klares Zeichen dafür, dass unsere gesamte Umgebung eine Form von Magnetfeld hat. Dieses Magnetfeld wird von der Erde erzeugt.

Erörtern wir einige der Möglichkeiten, wie dieses Magnetfeld der Erde zustande kommt:

i. Im Kern der Erde herrschen extrem hohe Temperaturen. Das bedeutet, dass sich jedes Mineral wie Eisen, das dort gefunden wird, in einem geschmolzenen Zustand befindet, der unaufhörlich erhitzt wird.

Die kontinuierliche Erhitzung solcher Mineralien führt zu einer Konvektion innerhalb der erhitzten Mineralien. Dadurch entstehen Konvektionsströme, die die geladenen Teilchen transportieren und ein Magnetfeld bilden.

ii. Der größte Teil der Materie, die die Erdoberfläche umgibt, besteht zum größten Teil aus geladenen Teilchen. Wenn sich die Erde um ihre Achse dreht, drehen sich auch die sie umgebenden Teilchen mit ihr.

Die Bewegung dieser geladenen Teilchen erfolgt normalerweise in kontinuierlichen Stromschleifen. Dies führt zur Erzeugung eines Magnetfelds.

iii. Die Zusammensetzung der Erdatmosphäre besteht aus verschiedenen Gasen, die ionisiert wurden. Diese Gase rotieren mit der Erde.

Jede Bewegung einer ionisierten Substanz erzeugt definitiv einen elektrischen Strom. Der Effekt ist ein erzeugtes magnetisches Feld.

Magnetische Felder vs. magnetische Kraft

So ähnlich sie auch aussehen mögen, Magnetic Fields und Magnetische Kraft sind völlig unterschiedliche Maße. Wir können die beiden am Beispiel eines geladenen Teilchens vergleichen, das sich in einem Magnetfeld befindet.

Betrachtet man die magnetische Kraft, die auf das Teilchen einwirkt, wenn es sich in einem Magnetfeld befindet, so handelt es sich um jede Kraft, die auf das Teilchen ausgeübt wird. Was das Magnetfeld betrifft, so können wir es als den Bereich definieren, um den herum die Magnetkraft auf das Teilchen ausgeübt wird.

Die SI-Einheit für die Messung der magnetischen Kraft ist normalerweise Newton. Wir messen die Stärke des Magnetfeldes in der SI-Einheit Tesla.

Das Vorhandensein einer magnetischen Kraft hängt davon ab, dass ein geladenes Teilchen vorhanden ist, das die Kraft aufprägt. Das Magnetfeld ist immer vorhanden, ob das besagte geladene Teilchen vorhanden ist oder nicht.

Anwendungen von magnetischen Feldern

Elektrische Generatoren

Dies ist eine Maschine, die elektrische Energie durch Umwandlung von mechanischer Energie erzeugt. Das Prinzip bei dieser Anwendung ist die elektromagnetische Induktion, eine Erfindung von Michael Faradays.

Wenn ein elektrischer Leiter in einem Magnetfeld rotiert, wird zwischen seinen Enden eine Differenzspannung erzeugt. Ein elektrischer Strom wird erzeugt, wenn elektrische Ladungen aufgrund dieser Spannungsdifferenz beweglich werden.

Magnetresonanztomographie

Ein MRT-Gerät wird üblicherweise in Krankenhäusern verwendet, um Bilder von inneren Teilen und Organen des menschlichen Körpers zu erstellen. Die Bilder werden mithilfe von Elektromagneten und Magnetfeldern erzeugt.

Sie können Bilder z. B. vom Gehirn, vom Herzen und von vielen anderen Teilen erzeugen. Sie werden dann analysiert, um festzustellen, ob sie normal oder defekt sind.

Motoren

Dazu gehören sowohl elektrische Wechselstrom- als auch Gleichstrommotoren. Das Funktionsprinzip eines Gleichstrommotors besteht darin, dass auf jede stromführende Schleife, die sich in einem Magnetfeld befindet, magnetische Kräfte ausgeübt werden.

Ein statischer Magnet sorgt für das Magnetfeld, wobei die ausgeübte Kraft eine Art Drehung auslöst. Bei einem Wechselstrommotor wird ein Wechselstrom durch einen Stator geleitet, der ein rotierendes Magnetfeld erzeugt.

Die Differenz zwischen der Drehgeschwindigkeit des Stators und des Rotors erzeugt eine elektrische Spannung am Rotor des Motors. Der Rotor dreht sich kontinuierlich, solange er nicht mit der vom Stator kommenden Drehzahl übereinstimmt.

Magnetische Levitation

Die gemeinhin als Magnetschwebebahn bezeichneten Zugsysteme sind dafür bekannt, dass sie die höchsten Geschwindigkeiten der Welt erreichen. Indem sie die Anziehungs- und Abstoßungsmechanismen des Magnetismus nutzen, schweben sie über den Gleisen.

Da es keinen physischen Kontakt mit dem Zug gibt, wird die Reibung durch die magnetische Abstoßung eliminiert. Das Schweben und der Antrieb der Züge mit einem linearen Induktionsmotor werden durch das Magnetfeld ermöglicht.

Elektromagnete

Hierbei handelt es sich um eine besondere Art von Magneten, bei denen ein elektrischer Strom für die Erzeugung eines Magnetfeldes sorgt. Sie sind in der Lage, sehr starke Magnetfelder zu erzeugen, was durch die vielen Drahtwindungen in ihrer Struktur erleichtert wird.

Ihr Hauptvorteil ist, dass man sie leicht ein- und ausschalten kann, was sie zur besten Wahl beim Heben von sehr schweren Metallen macht. Ihre Einsatzmöglichkeiten sind sehr vielfältig und variieren je nach Branche, z. B. im Metallrecycling.

Schlussfolgerung

Wie Sie sehen können, ist das Wissen über das Magnetfeld für die Konstruktion verschiedener Geräte und Maschinen sehr wichtig. Natürlich variiert die Stärke des Magnetfelds je nach Art des Magneten.

Für die besten Magnete auf dem Markt, Jetzt Kontakt aufnehmen.