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Tesla

Tesla und Gauß

Nikola Tesla, ein Physiker aus dem 19. und 20. Jahrhundert, beschäftigte sich sehr intensiv mit Elektromagnetismus. Carl Friedrich Gauß, ein Mathematiker aus dem 19. Jahrhundert, trug im Jahr 1831 einen wesentlichen Teil zur Entwicklung des Magnetometers bei. Mit diesem Gerät lassen sich die Feldstärken von Magneten messen. Diese Stärke des Magnetfeldes wird oft in der Einheit Tesla genannt. Formal ist das aber nicht ganz korrekt, da die Definition der magnetischen Flussdichte nicht der des Magnetfeldes entspricht. Die magnetische Flussdichte kann letztendlich aber in den beiden Größen (Einheiten) Gauß und Tesla angegeben werden. Dabei gilt der folgende Zusammenhang:

1 Tesla = 10.000 Gauss
1 T = 1000mT(esla)
1KG(auss) = 0,1 T(esla)

In der Physik wird die magnetische Flussdichte mit dem Buchstaben B abgekürzt. Ein Magnet ist ferromagnetisches, magnetisiertes Material. Die Stärke des Magneten wird durch Remanenz beschrieben. Die Einheiten der Remanenz von einem Permanentmagneten sind also auch die Einheiten Gauß und Tesla. Bei uns im Shop können die verschiedenen Magneten in verschiedenen Stärken erworben werden: Neodym-Magnete, Ferrit-Magnete und AlNiCo-Magnete sind hier die aktuellen Technologien. Ferrit-Magnete sind preiswert, während die Neodym-Magnete in der Regel besonders stark sind.

Physikalische Grundlagen

Das sogenannte cgs System ist eine Regelung für Standardeinheiten, ähnlich dem bekannten SI System. Die magnetische Flussdichte und die Einheit Gauß setzen sich aus den grundlegenden natürlichen Einheiten dieses cgs Systems zusammen. Unter anderem nutzt das cgs System als Längeneinheit Zentimeter (cm), als Zeiteinheit Sekunde (s) und als Masseneinheit Gramm (g). Die Einheit Tesla hat im SI System natürlich auch eine entsprechende Gültigkeit: Hier demnach mit Kilogramm statt Gramm und Meter statt Zentimeter. Für die Zeitmessung wird ebenfalls die Sekunde verwendet. Die Einheit Tesla bzw. Gauß ist folglich keine grundlegende Einheit: Die magnetische Flussdichte kann schließlich aus der Kraft bewegter Ladungen zueinander berechnet werden. Es gilt hier dieser Zusammenhang:

magnetische-flussdichte-formel

Ein Tesla ist also gleich einem Newton pro Meter und Ampere. Ein exemplarisches Beispiel verdeutlicht das: Es entspricht genau diejenige Flussdichte einem Tesla, die auf einen 1 Meter langen elektrischen Leiter, der eine Stromstärke von 1 Ampere leitet, genau 1 Newton Anziehungskraft ausübt. Das dafür notwendige Magnetfeld entsteht durch den Stromfluss im Leiter bzw. durch die sich bewegenden Elektronen.

Aus der magnetischen Flussdichte B kann die magnetische Feldstärke H bestimmt werden. Die magnetische Flussdichte muss dazu durch die Permeabilität des Vakuums μ0 und die des Materials μ, zum Beispiel das Kernmaterial einer Spule (beim Transformator meistens Eisen), dividiert werden:

magnetische-feldstaerke-formel

In der Literatur findet sich für die magnetische Feldstärke oftmals auch die Einheit Tesla. Wie bereits erwähnt ist das aber nicht ganz korrekt: Gauß und auch Tesla sind die Einheiten für die magnetische Flussdichte. Im SI System wird die magnetische Feldstärke in der Einheit Oersted bzw. Ampere pro Meter angegeben:

magnetische-feldstaerke-oerstedt-formel

Geschichtlicher Hintergrund

Wie bereits deutlich wurde, sind die Einheiten Gauß und Tesla für die magnetische Flussdichte zu Ehren des Ingenieurs und Erfinders Nikola Tesla und des Mathematikers Johann Friedrich Gauß benannt.

Nikola Tesla lebte von 1856 bis 1943 und war Elektroingenieur. Er machte lebenszeitlich mehrere Erfindungen im Bereich der Wechselstromtechnik: So trug er dazu bei, dass elektrische Energie heutzutage mit Hilfe von Wechselstrom übertragen wird. Von Edison wurde die Gleichstromtechnik entwickelt – sie findet heutzutage erst bei großen Übertragungsstrecken Einsatz. Eine große Erfindung war zudem der Tesla Transformator. Dieser erzeugt Wechselstrom mit sehr hoher Frequenz. Weitere Erfindungen waren die erste Fernbedienung und der erste Radiosender. Sein ganzes Leben lang arbeitete Tesla außerdem daran, Strom bzw. elektrische Energie kabellos mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen zu übertragen. Für große Entfernungen hatte er angedacht, die reflektierende Wirkung der verschiedenen Grenzschichten der Erdatmosphäre zu nutzen: So könnte man die elektromagnetischen Wellen bzw. die Energie entlang der Erdoberfläche übertragen. Im Amateurfunkbereich werden diese Reflexionen übrigens zur Kommunikation über weite Strecken genutzt.

Johann Carl Friedrich Gauß wiederum lebte etwas früher, von 1777 bis 1855, und war Mathematiker. Außerdem interessierte er sich für viele wissenschaftliche Gebiete außerhalb der Mathematik – beispielsweise in der Astronomie und der Physik. In der Statistik beispielsweise ist die von Gauß entwickelte Gaußsche Glockenkurve sehr bekannt. Sie bezeichnet die Normalverteilung, welche bei der Aufzeichnung von multiplen Messwerten durch Messtoleranzen entsteht. Wie bereits erwähnt trug Gauß außerdem zur Entwicklung des Magnetometers bei (1831). Zusammen mit dem Physiker Weber entwickelte er auch das cgs System für Einheiten. Ein weiterer Beitrag durch ihn fand sich in der Erfindung des ersten elektromagnetischen Telegraphen.