Magnetfelderzeugung durch elektrische Ströme
(Kursstufe > Elektro-Magnetismus)
Inhaltsverzeichnis
Versuche
Magnetfeld eines stromdurchfloßenen Kabels und einer Spule
- Aufbau
Netzgerät mit max 20A, Kabel, Magnetprobe, Kompass
Mit einem kleinen Kompass die Umgebung des stromdurchflossenen Kabels untersuchen.
Eisenfeilspäne in eine stromdurchflossene Spule auf dem Tageslichtprojektor.
Erstmal eine Windung, dann viele Windungen.
- Beobachtung
Ein Elektromagnet
- Aufbau
Spule, 500 Windungen, Eisennägel, Eisenkern, Magnetprobe
Das Kabel wird in zwei große Schleifen gelegt oder 10 mal um einen Kunststoffschlauch gewickelt. Kann man damit einen Nagel hochheben?
Man wickelt ein Kabel oft um einen kurzen Bleistift und versucht damit eine Büroklammer hochzuheben.
Man wickelt das Kabel um ein Stück Eisen und versucht damit Büroklammern anzuheben.
Spule ohne Kern, mit Magnetprobe abtasten. Einen Nagel in die Nähe der Spule bringen. Viele Nägel in die Nähe des Spuleninneren bringen oder einen Eisenkern nicht mittig in die Spule legen.
In die Spule einen Eisenkern stecken. Jetzt nochmal in die Eisennägel.
Ergebnisse
- Um einen elektrischen Strom befindet sich ein magnetisches Wirbelfeld.
- Bei einem Wirbelfeld verlaufen die Feldlinien "im Kreis" und haben kein Anfang und kein Ende, so wie das bei Dauermagneten der Fall ist. Das ist eine vereinfachte Formulierung eines Teils der "1. Maxwellschen Gleichung", auch "Durchflutungsgesetz" genannt.
- Die Richtung der Feldlinien erhält man mit der "Rechten-Hand-Regel": Daumen in technischer Stromrichtung von + zu -. Dann zeigen die Finger die Feldlinienrichtung an.
Der Punkt zeigt die Stromrichtung an: Aus der Zeichenebene hinaus.
- Das Feld einer schlanken Spule mit vielen Windungen ist fast ausschließlich in der Spule und homogen.
- Es entsteht durch Überlagerung der Felder von jeder Windung.
- Mit Hilfe eines Spulenfeldes kann man dann die magnetische Feldstärke festlegen.
- Darstellung des Magnetfeldes einer Spule
Bei einer Spule mit wenigen Windungen befindet sich das Feld hauptsächlich um die Kabel.
Je geringer der Durchmesser der Spule,
desto homogener ist das Magnetfeld
innerhalb der Spule.
Das Helligkeitsbild der Feldstärke
zeigt besonders deutlich
an welchen Stellen
sich "viel Feld" befindet.
- Ströme sind "Wirbelquellen" von Magnetfeldern ähnlich wie magnetische Ladungen Quellen von Magnetfeldern sind.
- Vertauscht man in den graphischen Darstellungen die Feldlinien mit den Feldflächen, so findet man Ähnlichkeiten zwischen den Quellenfeldern und den Wirbelfeldern.
Zwei parallele Kabel mit antiparaller Stromrichtung...
und mit paralleler Stromrichtung.
Eine Spule mit einer Windung...
und mit vier Windungen.
- Vergleiche:
- Zwei Kabel - Zwei Ladungen
- Spule -Kondensator
- Ströme sind "Wirbelquellen"
- Feldflächen beginnen und enden bei den elektrischen Strömen
- Feldlinien verlaufen um die Ströme herum
