Mit einem Magnetfeld wird die Wirkung von magnetischen Kräften beschrieben. Es tritt beispielsweise bei Dauermagneten, elektrischen Strömen oder magnetisierten Stoffen auf. Das magnetische Feld unterscheidet sich vom elektrischen Feld in zwei Punkten:
- Es gibt keine magnetischen Punktladungen oder Monopole. Magnetische Feldlinien beginnen und enden nirgends, sondern sind immer in sich geschlossen. Auch bei Stab- oder Hufeisenmagneten enden die Feldlinien nur scheinbar an deren Oberfläche. In Wirklichkeit setzen sie sich in deren Inneren fort.
- Ein Magnetfeld wird immer durch bewegte elektrische Ladungen hervorgerufen, während die Ursache für das Vorhandensein eines elektrischen Felds sowohl ruhende als auch bewegte Ladungen sein können.
Das einfachste Magnetfeld ist ein Dipolfeld. Auch Elementarteilchen wie Protonen oder Elektronen besitzen ein dipolartiges Magnetfeld, das von ihrem Spin (sowie ggf. von ihrer Kreisbewegung um einen Atomkern) hervorgerufen wird. Makroskopische Magnetfelder findet man vor allem bei Dauermagneten. Solche Felder können auch elektromagnetisch induziert werden.
Stärke und Richtung des magnetischen Felds beschreibt der Vektor der magnetischen Flussdichte \(\vec B\). In verschiedenen Stoffen, vor allem in Ferromagnetika, können Magnetfelder gegenüber dem Vakuum deutlich verstärkt werden. Dies wird mit der magnetischen Feldstärke \(\vec H\) beschrieben. Es gilt \(\vec B = \mu \cdot \vec H\) (\(\mu\): Permeabilität). Eine weitere Größe zur Beschreibung von Magnetfeldern ist der magnetische Fluss \(\Phi\).
Typische Magnetfelder
- Magnetfeld eines gestreckten Leiters: Die magnetische Flussdichte \(B\) ist im (senkrechten) Abstand \(r\) von einem geraden, unendlich langen Leiter proportional zum Quotienten aus Stromstärke \(I\) und Abstand. Mit der magnetischen Feldkonstante \(\mu_0\) gilt:
\(B= \dfrac{\mu_0}{2\pi}\cdot \dfrac I r\)
- Magnetfeld im Inneren einer Spule: Innerhalb einer sehr langen Spule mit \(n\) Windungen und der Länge \(l\) gilt:
\(B= \mu \cdot \dfrac n l \cdot I \)
- Magnetfeld eines Stabmagneten: Das Feld eines Stabmagneten entspricht qualitativ dem einer Spule, wobei sich die Feldlinien im Inneren schließen. In großen Abständen gleicht das Feld dem eines elektrischen Punktdipols.
