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Die Wissenschaft der Magnetfeldlinien

Die Wissenschaft der Magnetfeldlinien

Ein Magnetfeld umgibt jede in Bewegung befindliche elektrische Ladung. Das Magnetfeld ist kontinuierlich und unsichtbar, aber seine Stärke und Ausrichtung kann durch Magnetfeldlinien dargestellt werden. Im Idealfall zeigen Magnetfeldlinien oder Magnetflusslinien die Stärke und Ausrichtung eines Magnetfelds. Die Darstellung ist nützlich, weil sie Menschen die Möglichkeit gibt, eine unsichtbare Kraft zu betrachten, und weil mathematische Gesetze der Physik die „Anzahl“ oder Dichte von Feldlinien leicht berücksichtigen.

  • Magnetfeldlinien sind eine visuelle Darstellung der unsichtbaren Kraftlinien in einem Magnetfeld.
  • Konventionell verfolgen die Linien die Kraft vom Nord- zum Südpol eines Magneten.
  • Der Abstand zwischen den Linien gibt die relative Stärke des Magnetfelds an. Je näher die Linien sind, desto stärker ist das Magnetfeld.
  • Eisenspäne und ein Kompass können verwendet werden, um die Form, Stärke und Richtung von Magnetfeldlinien zu verfolgen.

Ein Magnetfeld ist ein Vektor. dh es hat Größe und Richtung. Wenn elektrischer Strom in einer geraden Linie fließt, zeigt die rechte Regel die Richtung, in der unsichtbare Magnetfeldlinien um einen Draht fließen. Wenn Sie sich vorstellen, den Draht mit der rechten Hand zu ergreifen, wobei Ihr Daumen in Richtung des Stroms zeigt, bewegt sich das Magnetfeld in Richtung der Finger um den Draht. Aber was ist, wenn Sie die Stromrichtung nicht kennen oder einfach nur ein Magnetfeld visualisieren möchten?

 

Wie man ein Magnetfeld sieht

Wie Luft ist ein Magnetfeld unsichtbar. Sie können den Wind indirekt betrachten, indem Sie kleine Papierstücke in die Luft werfen. In ähnlicher Weise können Sie durch Platzieren von Magnetmaterial in einem Magnetfeld dessen Pfad verfolgen. Einfache Methoden umfassen:

Verwenden Sie einen Kompass

Eine Gruppe von Kompassen kann die Richtungen von Magnetfeldlinien anzeigen. Maciej Frolow / Getty Images

Das Schwenken eines einzelnen Kompasses um ein Magnetfeld zeigt die Richtung der Feldlinien. Um das Magnetfeld tatsächlich abzubilden, gibt die Platzierung vieler Kompasse die Richtung des Magnetfelds an einem beliebigen Punkt an. Um Magnetfeldlinien zu zeichnen, verbinden Sie die Kompass- „Punkte“. Der Vorteil dieser Methode ist, dass sie die Richtung der Magnetfeldlinien anzeigt. Der Nachteil ist, dass es keine Magnetfeldstärke anzeigt.

Verwenden Sie Eisenspäne oder Magnetitsand

Eisen ist ferromagnetisch. Dies bedeutet, dass es sich entlang der Magnetfeldlinien ausrichtet und winzige Magnete mit Nord- und Südpol bildet. Winzige Eisenstücke wie Eisenspäne richten sich zu einer detaillierten Karte der Feldlinien aus, da der Nordpol eines Stücks darauf ausgerichtet ist, den Nordpol eines anderen Stücks abzustoßen und seinen Südpol anzuziehen. Sie können die Feilspäne jedoch nicht einfach auf einen Magneten streuen, da sie von ihm angezogen werden und daran haften bleiben, anstatt das Magnetfeld zu verfolgen.

Um dieses Problem zu lösen, werden Eisenspäne über ein Magnetfeld auf Papier oder Kunststoff gestreut. Eine Technik zum Verteilen der Feilspäne besteht darin, sie aus einer Höhe von einigen Zentimetern auf die Oberfläche zu streuen. Weitere Einreichungen können hinzugefügt werden, um die Feldlinien klarer zu machen, jedoch nur bis zu einem gewissen Punkt.

Zu den Alternativen zu Eisenspänen gehören BB-Pellets aus Stahl, verzinnte Eisenspäne (die nicht rosten), kleine Büroklammern, Heftklammern oder Magnetitsand. Der Vorteil der Verwendung von Partikeln aus Eisen, Stahl oder Magnetit besteht darin, dass die Partikel eine detaillierte Karte der Magnetfeldlinien bilden. Die Karte gibt auch einen groben Hinweis auf die Magnetfeldstärke. Eng beabstandete, dichte Linien treten dort auf, wo das Feld am stärksten ist, während weit auseinander liegende, spärliche Linien zeigen, wo es schwächer ist. Der Nachteil der Verwendung von Eisenspänen besteht darin, dass kein Hinweis auf eine Magnetfeldorientierung vorliegt. Der einfachste Weg, dies zu überwinden, besteht darin, einen Kompass zusammen mit Eisenspänen zu verwenden, um sowohl die Ausrichtung als auch die Richtung abzubilden.

Versuchen Sie es mit Magnetic Viewing Film

Der magnetische Betrachtungsfilm ist ein flexibler Kunststoff. der Flüssigkeitsblasen enthält, die mit winzigen Magnetstäben überzogen sind. Die Filme erscheinen je nach Ausrichtung der Stäbe in einem Magnetfeld dunkler oder heller. Der magnetische Betrachtungsfilm eignet sich am besten für die Abbildung komplexer magnetischer Geometrien, wie sie beispielsweise von einem flachen Kühlschrankmagneten erzeugt werden.

 

Natürliche Magnetfeldlinien

Die Linien in der Aurora folgen den Magnetfeldlinien der Erde. Oscar Bjarnason / Getty Images

Magnetfeldlinien treten auch in der Natur auf. Während einer totalen Sonnenfinsternis verfolgen die Linien in der Korona das Magnetfeld der Sonne. Zurück auf der Erde zeigen die Linien in einer Aurora den Weg des Magnetfelds des Planeten an. In beiden Fällen sind die sichtbaren Linien leuchtende Ströme geladener Teilchen.

 

Magnetfeldlinienregeln

Bei Verwendung von Magnetfeldlinien zum Erstellen einer Karte werden einige Regeln offensichtlich:

  1. Magnetfeldlinien kreuzen sich nie.
  2. Magnetfeldlinien sind durchgehend. Sie bilden geschlossene Schleifen, die sich durch ein magnetisches Material ziehen.
  3. Magnetfeldlinien bündeln sich dort, wo das Magnetfeld am stärksten ist. Mit anderen Worten zeigt die Dichte der Feldlinien die Magnetfeldstärke an. Wenn die Feldlinien um einen Magneten abgebildet werden, befindet sich sein stärkstes Magnetfeld an beiden Polen.
  4. Wenn das Magnetfeld nicht mit einem Kompass abgebildet wird, ist die Richtung des Magnetfelds möglicherweise unbekannt. Konventionell wird die Richtung durch Zeichnen von Pfeilspitzen entlang von Magnetfeldlinien angegeben. In jedem Magnetfeld fließen die Linien immer vom Nordpol zum Südpol. Die Namen „Norden“ und „Süden“ sind historisch und haben möglicherweise keinen Einfluss auf die geografische Ausrichtung des Magnetfelds

 

Quelle

  • Durney, Carl H. und Curtis C. Johnson (1969). Einführung in die moderne Elektromagnetik . McGraw-Hill. ISBN 978-0-07-018388-9.
  • Griffiths, David J. (2017). Einführung in die Elektrodynamik (4. Aufl.). Cambridge University Press. ISBN 9781108357142.
  • Newton, Henry Black und Harvey N. Davis (1913). Praktische Physik . Die MacMillan Co., USA.
  • Tipler, Paul (2004). Physik für Wissenschaftler und Ingenieure: Elektrizität, Magnetismus, Licht und elementare moderne Physik (5. Aufl.). WH Freeman. ISBN 978-0-7167-0810-0.

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