Magnetisches Feld
Das magnetische Feld
Das magnetische Feld (H-Feld) entsteht überall dort, wo elektrischer Strom fließt. Zusammen mit dem elektrischen Feld bildet es bei zeitlich veränderlichem Strom das elektromagnetische Feld.
Magnetische Feldlinien um einen Leiter
Frage EB201: Wenn Gleichstrom durch einen geraden Leiter fließt, bilden die magnetischen Feldlinien konzentrische Kreise um den Leiter.
Merke: Magnetische Feldlinien sind immer geschlossene Schleifen - sie haben keinen Anfang und kein Ende. Bei einem geraden Leiter sind das konzentrische Kreise.
Homogenes Feld in der Spule
Frage EB202: Im Inneren einer langen Zylinderspule bildet sich bei Gleichstrom ein homogenes magnetisches Feld.
Homogen bedeutet:
- Überall gleich stark
- Gleiche Richtung
- Feldlinien parallel
Außerhalb der Spule:
- Streufeld
- Inhomogen
- Feldlinien schließen sich
Berechnung der magnetischen Feldstärke
Frage EB203: Die magnetische Feldstärke H im Ringkern berechnet sich mit:
Formel: $H = \frac{N \cdot I}{\pi \cdot D}$
- $H$ = Magnetische Feldstärke in A/m
- $N$ = Anzahl der Windungen
- $I$ = Stromstärke in A
- $D$ = Mittlerer Durchmesser in m
Beispiel EB203: Ringkern
Gegeben:
- $N = 6$ Windungen
- $I = 2{,}5\,\text{A}$
- $D = 2{,}6\,\text{cm} = 0{,}026\,\text{m}$
Rechnung:
$H = \frac{N \cdot I}{\pi \cdot D} = \frac{6 \cdot 2{,}5}{\pi \cdot 0{,}026} = \frac{15}{0{,}0817} = \mathbf{183{,}6\,\text{A/m}}$
Ferromagnetische Stoffe
Frage EB204: Nur bestimmte Materialien sind ferromagnetisch - sie verstärken das Magnetfeld erheblich.
Ferromagnetische Elemente bei Raumtemperatur:
- Eisen (Fe) ✓
- Kobalt (Co) ✓
- Nickel (Ni) ✓
💡 Merkhilfe: Ferromagnetisch → Fe (Eisen) + Cobalt + Nickel
Kupfer- und Aluminium-Kerne
Frage EB205: Warum verringert ein Kupfer- oder Aluminium-Kern die Induktivität einer HF-Spule?
Erklärung: Bei Hochfrequenz entstehen im leitfähigen Kern Wirbelströme. Diese erzeugen ein Gegenfeld, das verhindert, dass das Magnetfeld in den Kern eindringt. Der wirksame Feldquerschnitt wird kleiner → die Induktivität sinkt.
⚠️ Achtung Falle: Kupfer und Aluminium sind NICHT ferromagnetisch! Sie "kurzschließen" das Feld auch nicht. Der Effekt basiert auf Wirbelströmen bei HF.
Magnetische Feldlinien bei Antennen
Frage EB206: Bei einer Vertikalantenne bilden die magnetischen Feldlinien horizontale, konzentrische Kreise um den Strahler.
Magnetische Feldlinien (H)
- Geschlossene Kreise
- Horizontal um Vertikalantenne
- Entstehen durch Stromfluss
Elektrische Feldlinien (E)
- Haben Anfang und Ende
- Vertikal bei Vertikalantenne
- Entstehen durch Spannung
Zusammenfassung für die Prüfung
| Frage | Thema | Richtige Antwort |
|---|---|---|
| EB201 | Feldlinien um Leiter | Konzentrische Kreise |
| EB202 | Feld in Zylinderspule | Homogenes magnetisches Feld |
| EB203 | H im Ringkern | 183,6 A/m ($H = \frac{N \cdot I}{\pi \cdot D}$) |
| EB204 | Ferromagnetisch | Eisen (+ Kobalt, Nickel) |
| EB205 | Cu/Al-Kern bei HF | Wirbelströme → Feld kann nicht eindringen |
| EB206 | Feldlinien Antenne | Magnetische Feldlinien (geschlossene Kreise) |
Wissenskontrolle
0 / 6 Fragen richtigWenn ein konstanter Gleichstrom durch einen gestreckten Leiter fließt, sind die ...
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Welches Feld stellt sich im Inneren einer langen Zylinderspule bei Fließen eines Gleichstroms näherungsweise ein?
Ein Ringkern hat einen mittleren Durchmesser von 2,6 cm und trägt 6 Windungen Kupferdraht. Wie groß ist die mittlere magnetische Feldstärke im Ringkern, wenn der Strom 2,5 A beträgt?
Welcher der nachfolgenden Werkstoffe ist bei Raumtemperatur ein ferromagnetischer Stoff?
Welcher Effekt verringert die Induktivität einer von hochfrequentem Strom durchflossenen Spule beim Einführen eines Kupfer- oder Aluminiumkerns?
Wie werden die mit X gekennzeichneten Feldlinien einer Vertikalantenne bezeichnet?
