Homogenes und inhomogenes Magnetfeld

In diesem Kapitel beschäftigen wir uns mit homogenen und inhomogenen Magnetfeldern. Dabei ist der Unterschied von homogenen zu inhomogenen Magnetfeldern, dass homogene Magnetfelder an jedem Ort gleich stark und gleich gerichtet sind. Die Feldlinien eines homogenen Feldes zeigen alle in die gleiche Richtung und die “Feldlinien” haben auch gleiche Abstände. Die “magnetische Kraft”, die in einem homogenen Magnetfeld auf einen Dauermagneten ist überall gleich groß und gleich gerichtet.

Erzeugung homogener und inhomogener Magnetfelder

Im Prinzip gibt es zwei Möglichkeiten, Magnetfelder zu “erzeugen”. Magnetfelder können einerseits durch elektrische Ströme erzeugt werden (stromdurchflossene Leiter). Diesen Leiter kann man zusätzlich zu einer Spule wickeln oder einen Eisenkern umwickeln (Modell eines Elektromagneten), wobei man wesentlich höhere Feldstärken erreicht. Andererseits kann man einen Dauermagneten verwenden (z.B, Stabmagnet), um ein magnetisches Feld zu erzeugen.

Mit Hilfe einiger Modelle (z.B. Eisenpulver um einen Stabmagneten) kann man die Feldlinien veranschaulichen. Die magnetische Feldlinien zeigen die Richtung des Magnetfeldes. Magnetische Feldlinien gehen vom magnetischen Nordpol aus und laufen zum Südpol. Der Abstand der Feldlinien verdeutlicht die Stärke des Magnetfeldes, wobei gilt je dichter die Feldlinien, desto stärker ist das magnetische Feld.

  • Betrachtet man das magnetische Feld im Innern einer Spule, so liegt hier näherungsweise ein homogenes Magnetfeld vor.
  • Man findet auch ein homogenes Magnetfeld im “Inneren” eines Hufeisenmagneten. Der Hufeisenmagnet weist ein annähernd homogenes Magnetfeld im Inneren aus, während das äußere Magnetfeld ein inhomogenes Magnetfeld ist. Man kann sich also einen Hufeisenmagnet als ein in U-Form gebogener Stabmagnet vorstellen.
  • Stabmagneten erzeugen hingegen ein inhomogenes Magnetfeld.

Homogenes und inhomogenes Magnetfeld – Testfragen/-aufgaben

1. Was bedeutet ein “homogenes” Magnetfeld?

Ein homogenes Magnetfeld ist ein Magnetfeld, das dieselben Eigenschaften, insbesondere dieselbe Stärke und Richtung, in jedem Punkt unterhält.

2. Wie unterscheidet sich ein “inhomogenes” Magnetfeld von einem “homogenen” Magnetfeld?

Ein inhomogenes Magnetfeld schwerpunktmäßig besitzt Unterschiede in Intensität und Richtung in verschiedenen Punkten, im Gegensatz zu einem homogenen Magnetfeld.

3. Nenne ein Beispiel für ein homogenes Magnetfeld.

Ein Beispiel für ein homogenes Magnetfeld wäre das Magnetfeld innerhalb eines langen, geraden Solenoids.

4. Nenne ein Beispiel für ein inhomogenes Magnetfeld.

Ein Beispiel für ein inhomogenes Magnetfeld wäre das Magnetfeld um einen einzelnen Magneten, in welchem das Feld in Richtung und Stärke variiert.

5. Welche Auswirkungen hat ein homogenes Magnetfeld auf einen bewegten Ladungsträger?

In einem homogenen Magnetfeld erlebt ein bewegter Ladungsträger eine konstante Kraft, die ihn auf einer kreisförmigen Bahn hält.

6. Wie wirkt sich ein inhomogenes Magnetfeld auf einen bewegten Ladungsträger aus?

In einem inhomogenen Magnetfeld ändert sich die Kraft auf einen bewegten Ladungsträger, was zu einer Veränderung seiner Trajektorie führt.

7. Wie wird die Homogenität eines Magnetfeldes gemessen?

Die Homogenität eines Magnetfeldes wird durch die Differenz in der Magnetfeldstärke über eine gegebene Region gemessen.

8. Warum ist es wichtig, dass das Magnetfeld in bestimmten wissenschaftlichen und technischen Anwendungen homogen ist?

In bestimmten Anwendungen, wie der Magnetresonanztomographie (MRT), ist es wichtig, dass das Magnetfeld homogen ist, um genaue Messungen und Bilder zu ermöglichen.

9. Wie kann man ein inhomogenes Magnetfeld homogen machen?

Man kann ein inhomogenes Magnetfeld homogen machen, indem man spezielle technische Verfahren wie die Shim-Technik verwendet.

10. Kann sich die Homogenität eines Magnetfeldes mit der Zeit ändern?

Ja, die Homogenität eines Magnetfeldes kann sich tatsächlich mit der Zeit ändern, besonders wenn das Material, das das Feld erzeugt, verändert oder abgenutzt wird.