Die magnetische Flussdichte ist die zweite zentrale Feldgröße magnetischer Felder. Sie verhält sich ähnlich wie der elektrische Strom in der Elektrostatik. Wir betrachten eine magnetische Feldstärke H an einer Stelle im Raum. Wenn dort magnetisch leitfähiges Material vorliegt, stellt sich eine magnetische Flussdichte B ein. Die Leitfähigkeit für magnetische Felder unterscheidet sich von der Leitfähigkeit G für elektrischen Strom. Es gibt elektrisch gut leitfähiges Material, das magnetisch sehr schlecht leitet. Bitte werfen Sie diese Effekte nicht durcheinander, nur weil sie die gleiche Bezeichnung haben. Es gilt:
Wie beim elektrischen Feld setzt sich die Materialabhängigkeit des Felds aus einer Naturkonstante und einem Materialkoeffizienten zusammen. Der Wert von µr für Luft bzw. Vakuum ist erneut µr = 1. Alle nicht-magnetischen Materialien, die nicht vom Permanentmagneten angezogen werden, weisen etwa µr = 1 auf. Sehr stark magnetische Materialien, die z. B. für Permamentmagneten eingesetzt werden („Neodym-Magnete“), weisen extrem hohe Werte im Bereich von µr > 100000 auf.
Magnetischer Fluss
Die Formel für den magnetischen Fluss bringt weitere Geometrieparameter in die Feldberechnung ein. Die magnetische Flussdichte B hängt mit dem magnetischen Fluss über die Fläche A zusammen, durch die der Fluss fließt. Es gilt:
Stellen Sie sich die Flussdichte wie den Wind vor. Je nach Windstärke ist die Flussdichte hoch oder niedrig. Jetzt lassen Sie einen Drachen steigen. Der Drache hat eine feste Fläche A aufgespannt, an der der Wind wirkt. Wenn Sie diesen Drachen in Bereiche mit starkem Wind lenken, ist die Kraft auf den Drachen größer. Wenn Sie einen Drachen mit größerer Fläche A verwenden, ist die Kraft auch größer.
Der Wind betreibt für das Drachensteigen eine enorme Verschwendung von Energie, denn nur ein Bruchteil des Winds wird vom Drachen „eingefangen“. Bei Feldern passiert Ihnen schnell ähnliches, denn Felder wirken überall im Raum. Die Kraft auf den Drachen entspricht in der Analogie dem magnetischen Fluss, die Windstärke der magnetischen Flussdichte. Der Fluss gibt Ihnen an, welchen Anteil des erzeugten magnetischen Felds Sie nutzen bzw. „einfangen“.
Die magnetische Flussdichte B ist eher wie die elektrische Stromdichte J. Der Fluss verhält sich wie der elektrische Strom I. Vergleichen wir das elektrische Feld mit dem magnetischen Feld:
Die Parameter µ0 ∙ µr verhalten sich wie ein elektrischer Leitwert G.
Ein wichtiger Unterschied zwischen magnetischen Feldern und elektrischen Feldern besteht in der Leitfähigkeit von Luft. Luft leitet elektrischen Strom so schlecht, dass wir in der Praxis eine Leitfähigkeit von G = 0 S ansetzen können. Luft leitet magnetische Felder zwar auch schlechter als viele Materialien, aber die Leitfähigkeit ist so hoch, dass auch in Luft immer ein magnetischer Fluss vorhanden ist. Bei Magnetfeldern fließt also immer eine Art „magnetischer Strom“ durch Luft. Dies ist kein Fachausdruck, bitte verwenden Sie stattdessen den Begriff „magnetischer Fluss“.
Beim elektrischen Feld fließt der Strom in die gleiche Richtung, in die das Feld weist. Der magnetische Fluss und die magnetische Flussdichte sind auch in die gleiche Richtung orientiert wie die magnetische Feldstärke. Deshalb zeichnen wir mit Feldlinien immer nur ein magnetisches Feld, denn seine Richtung ist für alle drei Feldgrößen gleich.
Eine magnetische Energie für Antriebe liegt immer dann vor, wenn gleichzeitig eine magnetische Feldstärke (Spannung) und ein magnetischer Fluss (Strom) vorliegen. Das gilt auch in Luft. Eine magnetische Leistung erhalten wir immer dann, wenn sich die magnetische Energie ändert, sich also Feldstärke und / oder Fluss ändern.
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