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Feldlinien

Als magnetische Feldlinien werden in der Physik die Linien bezeichnet, die den Verlauf eines Magnetfeldes und damit die Kraft sowie die Eigenschaften eines Magneten graphisch darstellen. Sie machen im Rahmen einer Probeladung die jeweiligen magnetischen Feldlinien sichtbar und werden schematisch aufgezeichnet. Je stärker das jeweilige Magnetfeld ist, desto enger nebeneinander werden die Feldlinien dargestellt. Diese Kraft wird in der magnetischen Feldstärke H beschrieben.

Als Michael Faraday (1791-1867) die Kraftwirkung von Stabmagneten untersuchte, führte er mit dem Begriff des magnetischen Feldes auch die Feldlinien ein. Die sogenannten Feldlinienbilder stellen reine Anschauungsmodelle dar, um die Eigenschaften von magnetischen Feldern aller Art besser beschreiben zu können. Sie sind außerdem relevant bei der Betrachtung zur Kraftwirkung von Magneten aller Art.

Die Unterschiede zwischen magnetischen und elektrischen Feldlinien

In der Physik unterscheidet man zwischen zwei verschiedenen Feldlinien-Typen:

  • Elektrische Feldlinien, die von einem Punkt auf einem geladenen Körper ausgehen. Diese verlaufen linear im Raum. Sie beginnen bei einem positiv geladenen Körper und enden auf einem negativ geladenen Objekt.
  • Magnetische Feldlinien, diese gehen immer von einem magnetischen Nordpol aus. Sie sind in sich geschlossen, haben also keinen Anfang und kein Ende.
Das elektrische Feldlinienmodell zeichnet also Linien-Bilder, während das magnetische Feldlinienmodell magnetische Kreise beschreibt.

Wie verlaufen Feldlinien bei einem Magneten?

Magnetfeldlinien verlaufen grundsätzlich senkrecht und kreisförmig vom Nord- zum Südpol eines Magneten. Damit ist die jeweilige Richtung, also der Verlauf, klar vorgegeben. Würde man eine Kompassnadel in das Feld eines Magneten geben, so würde diese sich immer in Richtung des Nordpols ausrichten. Auf diese Weise lassen sich auch die beiden Pole eines Magneten schnell bestimmen.

Eine weitere Besonderheit ist, dass die Linien nicht am Südpol enden, sondern durch den gesamten Körper hindurch zum magnetischen Nordpol verlaufen. Das liegt daran, dass es keinen Ursprung und keine Quelle dieser magnetischen Kräfte gibt. Physikalisch bedeutet das, dass die Feldlinien keine positive oder negative Ladung wie beispielsweise bei elektrischen Ladungen anzeigen. Bei Feldlinien eines elektrisch geladenen Objekts, zum Beispiel einer Spule, wandern die Kräfte von einer Quelle aus in eine lineare Richtung. Die Dichte der magnetischen Feldlinien veranschaulicht die Kraft des Magneten.

Wieso können sich Feldlinien nicht schneiden?

Feldlinien sind immer geschlossene Striche ohne Ende und Anfang. Das liegt daran, dass das Magnetfeld, welches durch die Maxwell-Gleichung mathematisch beschrieben wird, ein sogenanntes Wirbelfeld ist. Sie verlaufen stets parallel nebeneinander. Das wird durch die Kraftrichtung hin zu einem magnetischen Nordpol eindeutig definiert.

Zeichnen unterschiedliche Magnet-Typen andere Feldlinienbilder?

Der Verlauf der Feldlinien ist unabhängig von unterschiedlichen Magnet-Typen. Sie verlaufen stets ringförmig vom Nord- zum Südpol und durch das Material. Wichtig für die unterschiedlichen Formen und die jeweiligen Feldlinienbilder ist allerdings die Lage der Pole. Bei diesen Magnetfeldlinien liegen die Pole jeweils unterschiedlich:

  • Ringmagneten
  • Stabmagneten
  • Scheibenmagneten
  • Hufeisenmagneten
Die Anordnung der Pole verändert die Feldlinienbilder graphisch. Das heißt, dass auch die Kraft des Magneten unterschiedlich genutzt werden kann.