Was ist die Feldstärke im Magnetismus?
Die magnetische Feldstärke ist eine physikalische Größe, die die Stärke und Richtung eines magnetischen Feldes beschreibt. Sie wird üblicherweise mit dem Symbol H bezeichnet und gehört zu den grundlegenden Größen der Elektrodynamik.
Definition
Die magnetische Feldstärke gibt an, wie stark ein magnetisches Feld an einem bestimmten Ort wirkt, unabhängig vom Material, das sich dort befindet. Sie ist damit eine „erzeugende“ Größe des Magnetfeldes, im Gegensatz zur magnetischen Flussdichte B, die auch die Eigenschaften des Mediums berücksichtigt.
Formelzusammenhang
Zwischen der magnetischen Feldstärke H und der magnetischen Flussdichte B besteht folgender Zusammenhang:
B=μ⋅H
Dabei ist μ die magnetische Permeabilität des Materials. Einheit: Die SI-Einheit der magnetischen Feldstärke ist Ampere pro Meter (A/m).
Eigenschaften
- Die Feldstärke ist eine vektorielle Größe, besitzt also Betrag und Richtung.
- Sie entsteht durch elektrische Ströme oder zeitlich veränderliche elektrische Felder.
- In Materialien kann sie durch deren magnetische Eigenschaften beeinflusst werden.
Abgrenzung
Während die magnetische Flussdichte B die tatsächliche Wirkung des Magnetfeldes beschreibt, stellt die Feldstärke H die zugrunde liegende Ursache dar.
Feldstärke und elektrische Leiter
Ein elektrischer Strom erzeugt stets ein magnetisches Feld. Die magnetische Feldstärke H hängt dabei direkt von der Stromstärke und der Geometrie des Leiters ab.
Für einen idealisierten, unendlich langen, geraden Leiter gilt für die magnetische Feldstärke im Abstand r vom Leiter:
H=I/2πr
Bedeutung der Größen
H: magnetische Feldstärke (A/m)
I: Stromstärke im Leiter (A)
r: Abstand vom Leiter (m)
Eigenschaften dieses Zusammenhangs
Die Feldstärke nimmt mit wachsender Stromstärke zu (proportional zu I).
Sie nimmt mit größerem Abstand ab (umgekehrt proportional zu r).
Die Feldlinien verlaufen kreisförmig um den Leiter (Rechte-Hand-Regel).
Bedeutung
Die magnetische Feldstärke spielt eine zentrale Rolle beim Verständnis von elektromagnetischen Phänomenen, etwa in Spulen, Elektromotoren oder Transformatoren. Sie ermöglicht die Beschreibung der Ursache eines Magnetfeldes unabhängig von dessen Wirkung im jeweiligen Medium.
Spezialfall: Spule (Solenoid)
In einer langen Spule mit n Windungen pro Länge gilt näherungsweise:
H=n⋅I
Hier zeigt sich besonders deutlich: Mehr Strom oder mehr Windungen führen zu einem stärkeren Magnetfeld.