Statische Magnetfelder

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1 Statische Magnetfelder Abb.1 Magnetfeld Steffen Wendler Seite 1

2 Inhaltsverzeichnis 1. Was sind statische Magnetfelder? 2. Magnetfeld Erde und Sonne 3. Wie Magnetfelder entstehen 4. Magnetische Kraftwirkung 5. Magnetfeld eines Permanentmagnets 6. Magnetfeld eines Elektromagnets (Spule) 7. Anwendungen 8. Quellenangabe Steffen Wendler Seite 2

3 Was sind statische Magnetfelder? Magnetfelder sind Feldlinien die magnetische Kräfte beschreiben können. Die magnetische Kraft ist die dritt größte Grundkraft. Die magnetische Kraft ist eine Lorenzkraft die aus der elektromagnetischen Wechselwirkung resultiert. Sie ist ca. 8,8*10^10 mal stärker als die Gravitationskraft. Magnetfelder sind nicht sichtbar, können aber an Modellen anschaulich gemacht werden: Abb.2 Magnetfeld Stabmagnet Abb.3 Magnetfeld Stabmagnet & Spule Steffen Wendler Seite 3

4 Magnetfled Erde und Sonne Abb.4 Magnetfeld Erde ca. 3,1 * 10-5 T Abb.5 Magnetfeld Sonne Steffen Wendler Seite 4

5 Magnetische Flussdichte B Die magnetische Flussdichte B ist ein Vektor der die Dichte (Stärke) des Magnetfeldes beschreibt. Die Einheit ist: Vs/m² bzw. T (Tesla) Sie ist nach dem Physiker: Nikola Tesla benannt. Abb.6 Nikola Tesla um 1890 Steffen Wendler Seite 5

6 Wie entstehen Magnetfelder? Es gibt nur eine Möglichkeit Magnetfelder zu erzeugen! Bewegte Ladungen erzeugen ein Magnetfeld! r B = µ I 2 πρ 0 r e ϕ Die magnetische Flussdichte ist ein Wirbelfeld! Es gilt daher immer: Abb.7 Magnetfeld Leiter Steffen Wendler Seite 6

7 Wie entstehen Magnetfelder? Es gibt nur eine Möglichkeit Magnetfelder zu erzeugen! Bewegte Ladungen erzeugen ein Magnetfeld! r r r µ 0 q v B = 4π r ² Die magnetische Flussdichte ist ein Wirbelfeld! Es gilt daher immer: Abb.8 Magnetfeld Punktladung Steffen Wendler Seite 7

8 Magnetische Kraftwirkung Die magneitsche Kraft ist eine Lorenzkraft die aus der elektromagnetischen Wechselwirkung resultiert. Abb.9 rechte Hand regel Steffen Wendler Seite 8

9 Magnetfeld eines Permanentmagnets Bewegte Ladungen erzeugen ein Magnetfeld! Bewegte Ladung Abb.10 Permanentmagnet Magnetfeld von Elementarteilchen als Folge ihres Spins Abb.3 Magnetfeld Stabmagnet & Spule Abb.11 Neodym Magnet 1,6T Steffen Wendler Seite 9

10 Magnetfeld eines Elektromagnets (Spule) Ein Elektromagnet besteht im wesentlichen aus einem Stromdurchflossenem Leiter, mit oder ohne Eisenkern. Dabei gilt:. Abb.12 Spule Abb.13 Spule Steffen Wendler Seite 10

11 Anwendungen Datenspeicher Die Daten auf Festplatten werden duch Magnetfelder gespeichert. (0,15 bis 0,3T) Abb.14 Festplatte Steffen Wendler Seite 11

12 Anwendungen Antriebe und Generatoren (max: 1,6T) Abb.15 E-Motor Abb Tesla Model S Abb.17 ICE Abb.18 Windkraftanlage Steffen Wendler Seite 12

13 Anwendungen Lautsprecher (0,5T bis 1,6T) Abb.19 Lautsprecher Steffen Wendler Seite 13

14 Anwendungen - Kernspinresonanzspektroskopie - Magnetresonanztomographie MRT Supraleitende Werkstoffe (0,35T bis 7T) 23,5 T derzeit stärkster supraleitender Magnet ist der NMR-Spektroskopie (1000 MHz-Spektrometer) Abb.20 MRT-Gerät (Philips Achieva 3.0 T) Abb. 21 Der Magnet eines 300-MHz-NMR- Spektrometers Steffen Wendler Seite 14

15 Anwendungen Forschung LHC Large Hadron Collider Supraleitende Werkstoffe (bis ca 8,6T) Abb.22 LHC Abb.23 LHC Steffen Wendler Seite 15

16 Anwendungen Berührungsloses Schalten mit Reedschalter Ferromagnetischen Schaltzungen bewegen sich bei einem von außen einwirkenden schwachen magnetischen Feld zueinander und lösen den Schaltvorgang aus. Abb.24 Reedschalter Abb.25 Funktionsweise Steffen Wendler Seite 16

17 Quellenangabe Abb. 1: Abb. 2: Abb. 3: Abb. 4: Abb. 5: Abb. 6: Abb. 7: Abb. 8: Abb. 9: Abb.10: Abb.11: Abb.12: Abb.13: Abb.14: Abb.15: Abb.16: Abb.17: Abb.18: Abb.19: Abb.20: Abb.21: Abb.22: Abb.23: Abb.24: Abb.25: Steffen Wendler Seite 17