Basiswissen

Magnetfeldlinien zeigen Richtung und Stärke der magnetischen Flussdichte an. Magnetfeldlinien gehen immer vom Nord- zum Südpol. Je dichter sie sind, desto stärker das Magnetfeld. Das ist hier näher erklärt.

Bildbeschreibung und Urheberrecht — Die Linien zweier Stabmagneten überlagern sich. Magnetfeldlinien gehen immer vom magnetischen Nord- zum magnetischen Südpol. Zwischen Magnetfeldlinien gibt es keine Schnittpunkte oder Kreuzungen. © Tom on www.openclipart.org ☛

Magnetfeldlinien kurz gefasst

Sie zeigen immer vom Nord- hin zum Südpol.

Magnetfeldlinien können sich niemals überkreuzen.

Je dichter sie liegen, desto stärker ist dort das Magnetfeld ↗

Feldstärke und Flussdichte

Zur Beschreibung der magnetischen Kräfte gibt es verschiedene Größen wie etwa den magnetischen Fluss Φ, die magnetische Feldstärke H und die "magnetische Flussdichte B. Am anschaulichsten zu interpretieren ist die magnetische Flussdichte. Der magnetische Fluss wird immer für eine bestimmte Fläche angegeben. Der magnetische Fluss gibt an wie viele Magnetfelflinien insgesamt durch diese Fläche gehen. Die magnetische Flussdichte hingegen gibt an, wie viele Magnetfeldlinien pro Flächeneinheit angetroffen werden:

Anzahl Linien durch eine Fläche Magnetischer Fluss [Φ] ↗

Anzahl Linien pro Flächeneinheit Magnetische Flussdichte [B] ↗

Feldlinien und ein Probekörper

Die magnetischen Feldlinien verlaufen in die Richtung, in die sich ein kleiner Probemagnet in einem Magnetfeld ausrichten würde. Je mehr Feldlinien dabei durch eine gedachte senkrecht zu ihnen stehende Fläche gehen, desto stärker ist auch die Kraft auf den Probekörper.

Feldlinien und die Lorentzkraft

Bei bewegten elektrischen Ladungen tritt auch eine Magnetkraft auf: Sie wirkt aber nicht in die Richtung der Feldlinien sondern immer senkrecht dazu. Und sie wirkt auch nicht auf ruhende sondern immer nur auf relativ zum Magnetfeld bewegte Ladungen. Da die bewegten Ladungen aber auch eine eigene Trägheit haben, oder noch andere als nur magnetische Kräfte wirken können, ist die Richtung der Lorentzkraft nicht zwangsläufig auch gleich der Richtung der Bewegung. Lies mehr dazu unter Lorentzkraft ↗

Gibt es Magnetfeldlinien wirklich?

Mithilfe von dahingestreuten Eisenspänen werden zum Beispiel in Schulversuchen Magnetfeldlinien sichtbar gemacht. Es sieht ganz so aus, als seien diese Linien etwas Wirkliches, so wie vielleicht Wirbel in einem fließenden Fluss, die Blätter zu Mustern anordnen können. Der Physiker Richard Feynman allerdings hält dagegen, dass diese Feldlinien von der Bewegung des Beobachters abhängen, also nicht objektiv sondern vielleicht nur subjektiv existieren. Feynman betrachtet in einem Gedankenexperiment "zwei Ladungen", die sich "mit gleicher Geschwindigkeit und parallel zueinander im Raum bewegen." Er argumentiert dann:

ZITAT:

"Da sie [die zwei Ladungen] sich bewegen, verhalten sie sich wie zwei Ströme und haben ein magnetisches Feld um sich […]. Ein Beobachter aber, der mit den beiden Ladungen mitläuft, würde beide Ladungen als stationäre empfinden und behaupten, dass es dort kein magnetisches Feld gibt."^[1]

Feynman argumentiert dann weiter, dass dieses Paradoxon ein Problem gibt: "Wer Feldlinien zeichnet ist in einer ähnlichen Schwierigkeit. Es ist nicht nur unmöglich zu sagen, ob sich die Feldlinien mit den Ladungen bewegen oder nicht - in manchen Bezugssystemen können sie sogar vollständig verschwinden."^[1]

Die Aufklärung des Scheinparadoxon gelingt erst, wenn man die bewegten elektrischen Ladungen relativistisch im Sinne Albert Einsteins betrachtet. Auch das beschreibt Feynman ausführlich mit Zahlen, aber es gehört nicht mehr wirklich zum Thema der Magnetfeldlinien und wird deshalb hier nicht weiter betrachtet. Ein ganz ähnlicher Gedanke wie das hier dargelegte Scheinparadoxon bildet den Ausgangspunkt von Einsteins Induktionsparadoxon ↗

Was ist die Magnetostatik?

Als Magnetostatik bezeichnet man das Teilgebiet der Physik, das sich mit den Magnetfeldern beschäftigt, die sich um Dauermagnete und um unveränderliche elektrische Gleichströme bilden. Statik bezeichnet dabei, dass man in der Magnetostatik nur Effekte betrachtet, die auch an zeitlich unveränderlichen Magnetfeldern auftreten. Siehe auch unter Magnetostatik ↗

Fußnoten

[1] Das von Feynman detailliert beschriebene (Schein)Paradoxon findet sich in: Richard Feynman: Feymnan-Vorlesungen über Physik. Band 2. Elektromagnetismus und Struktur der Materie. Oldenbourg Verlag. 2007. ISBN:978-3-486-58107-2. Dort im Kapitel "1.5 Was sind Felder wirklich?", Seite 15. Siehe auch Feynman Lectures ↗