Magnetische Flussdichte und magnetische Feldstärke

Ähnlich wie beim elektrischen Feld verwendet man heute vorzugsweise eine der beiden Größen. Während beim elektrischen Feld vorrangig die elektrische Feldstärke genutzt wird, ist beim magnetischen Feld die magnetische Flussdichte die bevorzugte Größe.

Magnetische Flussdichte

Auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld wird eine Kraft ausgeübt. Diese Kraft hängt bei einer konstanten Stärke des magnetischen Feldes und bei einer bestimmten Länge des Leiters im Feld nur von der Stärke des Feldes selbst ab. Die Richtung der Kraft ist senkrecht zur Richtung des magnetischen Feldes und senkrecht zur Stromrichtung.

$\begin{array}{l}B=\frac{F}{{\rm I}\cdot l}\\ F\text{Kraft auf den stromdurchflossenen Leiter}\\ {\rm I}\text{Stromstärke im Leiter}\\ l\text{Länge des Leiters}\end{array}$
Gemessen wird die magnetische Flussdichte in der Einheit ein Tesla (1 T), benannt nach dem kroatisch-amerikanischen Elektrotechniker und Physiker NICOLA TESLA (1856-1943). Für die Einheit gilt:
$1\text{T}=\text{1}\frac{\text{N}}{\text{m}\cdot \text{A}}=1\frac{\text{V}\cdot \text{s}}{{\text{m}}^2}=1\frac{\text{Wb}}{{\text{m}}^2}$
Befindet sich der stromdurchflossene Leiter nicht senkrecht zu den Feldlinien, dann gilt:
$\begin{array}{l}F={\rm I}\cdot l\cdot B\cdot \sin \sphericalangle (B,{\rm I})\text{oder vektoriell}\\ \overrightarrow{F}=l(\overrightarrow{{\rm I}}\times \overrightarrow{B})\end{array}$
Die magnetische Flussdichte ist eine vektorielle Größe, die die gleiche Richtung wie die Feldlinien hat. Sie steht senkrecht zur Stromstärke und senkrecht zur Kraft.

Magnetische Feldstärke

Die zweite feldbeschreibende Größe für das Magnetfeld ist die magnetische Feldstärke. Dabei geht man davon aus, dass die Stärke des Feldes durch die Wirkung bestimmt werden kann, die das Feld auf einen in ihm befindlichen Probemagneten ausübt. Da Pole nicht isoliert, sondern nur paarweise vorkommen, erfahren Nord- und Südpol des Probemagneten entgegengesetzte Kraftwirkungen. Es entsteht ein Drehmoment, das einen drehbar gelagerten Probemagneten in Feldrichtung bewegt. Dieses Drehmoment ist ein Maß für die magnetische Feldstärke an der betreffenden Stelle. Auch die magnetische Feldstärke ist eine vektorielle Größe, die die gleiche Richtung wie die Feldlinien und damit auch die gleiche Richtung wie die magnetische Flussdichte hat. Sie wird in der Einheit A/m gemessen.

Magnetische Flussdichte und magnetische Feldstärke von speziellen Feldern

Ein stromdurchflossener Leiter ist von einem Magnetfeld umgeben (Bild 3). Für das Feld eines geraden, stromdurchflossenen Leiters in der Entfernung r gilt:
$\begin{array}{l}B={\mu }_0\cdot {\mu }_r\cdot \frac{{\rm I}}{2\pi \cdot r}\text{oder}H=\frac{{\rm I}}{2\pi \cdot r}\\ B\text{magnetische Flussdichte}\\ H\text{magnetische Feldstärke}\\ {\mu }_0\text{magnetische Feldkonstante}\\ {\mu }_r\text{Permeabilitätszahl}\\ {\rm I}\text{Stromstärke im Leiter}\\ r\text{Abstand vom Leiter}\end{array}$