Magnetostatik mit H. Holger Hauptmann Europa-Gymnasium, Wörth am Rhein Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 1

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1 Magnetostatik mit H Holger Hauptmann Europa-Gymnasium, Wörth am Rhein holger.hauptmann@gmx.de Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 1

2 Maxwell-Gleichungen formuliert mit E und B: E: Quellen sind elektrische Ladungen B: Quellenfrei Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 2

3 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

4 Magnetostatik mit B Beobachtungen: - Feldlinien haben Knicke - Feldlinien laufen nicht notwendig durch Pole Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 4

5 Magnetostatik mit B Feldlinienbilder oft falsch Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 5

6 Maxwell-Gleichungen formuliert mit E und H: Wirbeldichte Quellendichte H: nicht Quellenfrei Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 6

7 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 H- Feldlinien beginnen und enden. S S S S S Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 7

8 Magnetostatik mit H Für das Zeichnen von H- Feldlinien 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

9 Magnetostatik mit H B H B = m 0 ( H + M ) außerhalb von Materie: B ~ H Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 9

10 Ring- und Scheibenmagnet Ringmagnet mit Schlitz Scheibenmagnet Wie sieht das magnetische Feld der Magnete aus? Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 10

11 Ring- und Scheibenmagnet Ringmagnet mit Schlitz Scheibenmagnet Das magnetische Feld ist identisch, so wie die Polverteilung. Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 11

12 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

13 Magnetpole und magnetische Ladung An Magnetpolen befindet sich magnetische Ladung Q m. 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

14 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 = m 0 ( H + M ) Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 14

15 Ein kleiner Test: magnetisierte Hohlkugel Wie sieht das magnetische Feld der Hohlkugel aus? Nordpol Südpol Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 15

16 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

17 elektrische und magnetische Influenz Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 17

18 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 μ r : Im Inneren feldfrei Feldlinien enden senkrecht auf der Oberfläche Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 18

19 Weichmagnete Weichmagnet mit μ r Metall / Dielektrikum mit r Weichmagnet mit μ r = 2 Dielektrikum mit r = 2 Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 19

20 Supraleiter Weichmagnet mit μ r Metall / Dielektrikum mit r Diamagnet mit μ r = 0 kein elektrisches Analogon Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 20

21 Weichmagnet und Hartmagnet induzierter Weichmagnet elektrischer Leiter Magnetpol (Hartmagnet) elektrischer Nichtleiter Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 21

22 Ein trickreicher Hufeisenmagnet Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 22

23 Der Aufbau des Hufeisenmagneten Stabmagnet Weicheisen Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 23

24 Das Magnetfeld des Hufeisenmagneten Zwischen den Schenkeln: homogenes Magnetfeld, wie beim Kondensator Felder zum Anfassen: Magnetostatik mit H 24

25 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