Helmholtz-Spule
Physik
Basiswissen
Zwei große nebeneinander stehende Spulen mit fast homogenem Magnetfeld innen: hier wird kurz erklärt, wie man mit zwei Spulen ein homogenes (gleichmäßiges) Magnetfeld erzeugt.
Definition
Als Helmholtz-Spule bezeichnet man eine besondere Spulenanordnung, die auf den deutschen Physiker Hermann von Helmholtz (1821–1894) zurückgeht: Zwei Spulen mit großem Radius R werden im Abstand R auf derselben Achse parallel aufgestellt und gleichsinnig von Strom durchflossen (bei gegensinnigem Stromfluss siehe Maxwellspule).
Zweck der Helmholtz-Spule
Das magnetische Feld jeder einzelnen Spule ist inhomogen. Inhomogen heißt, dass die Feldlinien in unteschiedliche Richtungen zeigen und an verschiedenen Stellen unterschiedlich eng beieinander liegen. Durch die Überlagerung beider Felder ergibt sich zwischen beiden Spulen nahe der Spulenachse jedoch ein Bereich mit weitgehend homogenem Magnetfeld. Ein homogenes Magnetfeld ist für viele Versuche erünscht, da man so die Richtung und die Stärke des Magnetfeldes kennt. Ein weiterer Vorteil der Helmholtzspule ist, dass der Bereich mit dem homogenen Magnetfeld leicht zugänglich ist. Ein typischer Anwendungsfall ist das sogenannte Fadenstrahlrohr ↗
Was ist die Spulenachse?
Die Spulenachse ist die gerade Strecke vom Mittelpunkt der einen Spule durch den Mittelpunkt der anderen Spule. Im Inneren der ganzen Apparatur und entlang dieser Achse ist das Magnetfeld ziemlich gleichmäßig, also homogen ↗
Formel
- B = my mal 8 mal I mal N durch Wurzel 125 durch R
Legende
- my = Magnetische Feldkonstante = 1,2566370614 mal 10 hoch -6 N/A²
- I = elektrische Stromstärke, z. B. in Ampere
- N = Anzahl der Windungen einer der beiden Spulen
- R = Radius jeder Spule, horizontaler Abstand der Spulen zueinander
Anmerkungen
- Die Formel gilt exakt nur für ein Vakuum ↗
- Die Formel gilt näherungsweise für Luft ↗
Beispiele
- Typisch als Schulversuchsspule:
- N = 154 Windungen in jeder Spule
- R = 0,2 Meter (Spulenradius und Spulenabstand)
- I = 3 Ampere Stromstärke
- B = Etwa 1,4 Millitesla magnetische Flussdichte im Inneren
- Das ist etwa 200 mal so stark wie das Erdmagnetfeld ↗
