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Grundwissen

Magnetfeld eines geraden Leiters

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Das Magnetfeld um einen geraden Leiter verläuft in konzentrischen Kreisen um den Leiter.
  • Richtung und Stärke des Magnetfeldes werden u.a. von Stromstärke und Stromrichtung im Leiter bestimmt.
  • Die Richtung des Magnetfeldes kannst du mit der Rechten-Faust-Regel ermitteln.
Aufgaben Aufgaben

Kreisförmiges Magnetfeld um geraden Leiter

Abb. 1 Magnetfeld eines stromdurchflossenen geraden Leiters

Die Animation in Abb. 1 zeigt den Verlauf des Magnetfeldes eines stromdurchflossenen geraden Leiters. Die Feldlinien sind konzentrische Kreise mit dem Leiter als Mittelpunkt.

Die Stärke des Magnetfeldes hängt hierbei zum einen von der Stromstärke \(I\) des Stromes durch den gerade Leiter und zum anderen vom Abstand zum Leiter ab. Je größer der Stromfluss durch den Leiter ist, desto stärker ist das Magnetfeld. Je größer die Entfernung zum Leiter wird, desto schwächer wird das Magnetfeld.

Für die magnetische Flussdichte \(B\) im Abstand \(r\) um einen geraden Leiter, durch den ein Strom \(I\) fließt, gilt \[B = {\mu _0} \cdot \frac{I}{{2 \cdot \pi \cdot r}}\]

Dabei ist \(\mu_0\) die magnetische Feldkonstante mit \(\mu_0=1{,}2566\cdot 10^{-6}\,\rm{\frac{N}{A^2}}\approx 4\pi\cdot10^{-7}\,\rm{\frac{N}{A^2}}\).

Nachweis der Struktur mit Eisenfeilspänen

Eisenfeilspäne im Magnetfeld eines geraden Leiters
Abb. 2 Eisenfeilspäne im Magnetfeld eines geraden Leiters

Du kannst die Struktur des Magnetfeldes um einen geraden Leiter auch gut mit Eisenfeilspänen sichtbar machen. Senkrecht durch eine Plexiglasplatte wird ein gerader Leiter geführt, durch den ein hoher Strom fließt. Werden nun um den stromdruchflossenen Leiter Eisenfeilspäne gestreut, so ordnen diese sich auf der Plexiglasplatte in konzentrischen Kreisen um den Leiter herum an (siehe Abb. 2).

Rechte-Faust-Regel

Rechte-Faust-Regel am Magnetfeld eines geraden Leiters
Abb. 3 Rechte-Faust-Regel zur Bestimmung der Magnetfeldrichtung

Mit der in Abb. 3 dargestellten "Recht-Faust-Regel" kannst du aus der Richtung des technischen Stromflusses in einem Leiter auf die Richtung des Magnetfeldes schließen, welches den Leiter umgibt:

Wenn der abgespreizte Daumen der rechten Hand in die technische Stromrichtung zeigt, so gibt die Richtung der anderen Finger die Richtung des Magnetfeldes an.

Hinweis: Die Fließrichtung der Leitungselektronen ist entgegen der technischen Stromrichtung. Um aus dieser Richtung auf die Magnetfeldrichtung schließen zu können, verwendet man entsprechend die "Linke-Faust-Regel": Wenn der abgespreizte Daumen der linken Hand in die Fließrichtung der Leitungselektronen zeigt, so gibt die Richtung der anderen Finger die Richtung des Magnetfeldes an.

Aufgaben

Magnetfeld eines geraden Leiters

Übungsaufgaben