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Grundwissen

Magnetfeld und Feldlinien

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Das Magnetfeld ist der Wirkungsbereich eines Magneten. Es beschreibt seine Kraftwirkung auf einen anderen Magneten.
  • Magnetfelder können mit Feldlinienbildern dargestellt werden.
  • Magnetische Feldlinien verlaufen außerhalb des Magneten vom Nord- zum Südpol und schneiden sich nicht.
  • Die Erde ist von einem Magnetfeld umgeben. Am geografischen Nordpol ist der magnetische Südpol.
[Public domain], via Wikimedia Commons Thomas Phillips, 1842
Abb. 1 Michael FARADAY (1791 - 1867)

Um die Kraftwirkung eines Stabmagneten z.B. auf einen Pol eines anderen Magneten beschreiben zu können, führte Michael FARADAY (1791 - 1867) den Begriff des magnetischen Feldes ein. Das Magnetfeld ist der Wirkungsbereich eines Magneten. Man erkennt magnetische Felder z.B. daran, dass Kraftwirkungen auf ferromagnetische Stoffe (Eisen, Kobalt, Nickel und spezielle Legierungen) auftreten. Magnetfelder können auch im Vakuum auftreten.

FARADAY führte auch die Darstellung des magnetischen Feldes durch Feldlinien ein. Beachte aber, dass diese Feldlinien nur Denk- und Anschauungshilfen sind, mit denen man einige Eigenschaften von magnetischen Feldern gut beschreiben kann.

Magnetfelder verschiedener Permanentmagneten

Der Verlauf der magnetischen Feldlinien von Permanentmagneten kann mit Hilfe einer Vielzahl von Magnetnadeln einfach sichtbar gemacht werden. In Abb. 3 sind viele solcher Magnetnadeln zwischen zwei Plexiglasplatten montiert.

Legst du einen Permanentmagneten auf die Platten, so richten sich alle Magnetnadeln im Magnetfeld des Permanentmagneten aus und deuten somit den Verlauf der magnetischen Feldlinien an.

Eigenschaften von magnetischen Feldlinien

  • Eine Kompassnadel (magnetischer Dipol) richtet sich tangential zur Feldlinie aus.
  • Magnetische Feldlinien schneiden sich nicht, d.h. die Kraftrichtung auf einen magnetischen Nordpol ist stets eindeutig definiert.
  • Magnetische Feldlinien sind stets geschlossene Linien.
  • Will man andeuten, dass in einer Zone das Magnetfeld stärker ist als in einer anderen Zone, so deutet man dies durch die Dichte der Magnetfeldlinien an. Höhere Feldliniendichte bedeutet stärkeres Magnetfeld.

 

Festlegung von Richtung und Orientierung magnetischer Feldlinien

Abb. 2 Festlegung des Verlaufs und der Orientierung der magnetischen Feldlinien am Beispiel eines Stabmagneten

Der Verlauf oder die Richtung der magnetischen Feldlinien eines Magneten wird dadurch bestimmt, wie sich kleine Kompassnadel überall im magnetischen Feld jeweils ausrichten würden. Dieser Verlauf wird also durch den Magneten selbst festgelegt.

Die Orientierung der magnetischen Feldlinien dagegen können wir selbst festlegen. Es gilt folgende Abmachung: Die magnetischen Feldlinien laufen im Außenraum eines Stabmagneten von dessen Nord- zum Südpol. Die magnetische Feldlinien geben die Kraftrichtung auf einen magnetischen Nordpol an. Im Inneren eines Dauermagneten laufen die Feldlinien dagegen von Südpol zum Nordpol.

Mit der vereinbarten Richtungsregel ergibt sich dann das in der Animation in Abb. 2  für das Feld eines Stabmagneten in dessen Außenraum dargestellte Feldlinienbild.

Hinweis: Auch im Inneren des Stabmagneten herrscht ein Magnetfeld, das in diesem Zusammenhang aber nicht dargestellt werden soll.

Erdmagnetfeld

Joachim Herz Stiftung
Abb. 4 Magnetfeld der Erde

Auch die Erde ist von einem Magnetfeld umgeben (vgl. Abb. 4). Auch wenn die Erde kein Permanentmagnet sondern ein Elektromagnet ist, können wir uns das Magnetfeld der Erde modellhaft als Magnetfeld eines Stabmagneten vorstellen.

Da festgelegt wurde, dass der Nordpol einer Magnetnadel auf der Erde der Pol ist, der in die geografische Nordrichtung zeigt, muss das Erdmagnetfeld am geographischen Nordpol einen magnetischen Südpol besitzen. Am geographischen Nordpol ist also der magnetische Südpol und am geographischen Südpol der magnetische Nordpol. 

Geographische und magnetische Pole befinden sich, wie in Abb. 4 gezeigt, nicht exakt am gleichen Ort, sondern stehen etwas schräg zueinander. Auch können sich die magnetischen Pole verschieben. Aktuell verschieben sich die Pole jedes Jahr etwa 50 km weit.

Achtung: Verwechslungsgefahr!

Nicht selten werden die Begriffe Nord- und Südpol (Magnetfeld) bzw. Plus- und Minuspol (elektrisches Feld) vermischt. Vielleicht rührt dies daher, dass sich gewisse Feldlinienbilder beim Magnetismus und in der Elektrostatik sehr ähnlich sind (z.B. das Feldlinienbild eines Stabmagneten und das Feldlinienbild zweier elektrisch entgegengesetzt geladener Kugeln).

Bei Kraftwirkungen im elektrischen bzw. magnetischen Feld handelt es sich jedoch um grundsätzlich verschiedene Phänomene. Die richtige Bezeichnung der Pole ist daher wichtig und du darfst Nord- und Südpol nicht mit Plus- und Minuspol verwechseln.