Magnetisches Feld: Feldlinien und Kräfte verstehen

Eine Kompassnadel dreht sich in der Nähe eines Stabmagneten. Ihre neue Richtung zeigt eine Wirkung des unsichtbaren Magnetfelds. Auch Eisenfeilspäne ordnen sich zu einem Muster. Ein Eisenstück wird angezogen. Strom in einem Draht kann unter passenden Bedingungen seitlich abgelenkt werden.

Nadel und Späne sind nicht das Feld. Sie reagieren auf das Feld und machen seine Wirkung sichtbar.

Feldlinien sind gedachte Hilfslinien. Ihre Pfeile zeigen die Richtung des Felds. Außerhalb eines Magneten laufen sie vom Nordpol zum Südpol. Im Magneten führen sie vom Südpol zum Nordpol zurück. So bilden sie geschlossene Kurven. Sie schneiden sich nicht: An einem Ort hat das Feld nur eine Richtung.

In einer einheitlich gezeichneten Darstellung zeigen engere Linien ein stärkeres Feld. Dieser Vergleich gilt nur innerhalb derselben Zeichnung. Die Anzahl der Linien wird frei gewählt; sie ist keine Messgröße.

Zwischen nahen, ebenen Polflächen eines Hufeisenmagneten verlaufen die Linien annähernd parallel und gleich dicht. Dort ist das Feld näherungsweise homogen: Richtung und Stärke sind fast gleich.

Jeder gewöhnliche Magnet hat Nord- und Südpol. An den Polen ist die Wirkung meist stark. Gleichnamige Pole stoßen sich ab; ungleichnamige ziehen sich an. Bei zwei frei beweglichen Magneten drehen sich zugewandte Nordpole voneinander weg. Bei Nord vor Süd drehen sie sich zueinander.

Beim Teilen eines Stabmagneten entstehen zwei kleinere Magnete mit je beiden Polen. Ein magnetischer Nordpol ist keine positive elektrische Ladung. Auch ein Südpol ist keine negative elektrische Ladung.

Eine Kompassnadel ist ein frei drehbarer kleiner Magnet. Ihre Nordspitze zeigt ungefähr zum geografischen Norden. Im vereinfachten Erdmodell liegt dort magnetisch ein Südpol. Geografische und magnetische Achse stimmen nicht genau überein. Darum zeigt der Kompass nicht überall exakt zum geografischen Nordpol. Eisen in der Nähe kann die Anzeige zusätzlich stören.

Dauermagnete und bewegte elektrische Ladungen erzeugen Magnetfelder. Auch um einen stromdurchflossenen geraden Draht laufen geschlossene Feldlinien. In einer Spule überlagern sich die Felder der Windungen. Eine lange Spule besitzt innen ein annähernd homogenes Feld. Ein Eisenkern kann die Wirkung deutlich verstärken. Ohne Strom verschwindet der strombedingte Feldanteil des Elektromagneten. Ein Dauermagnet braucht dagegen keinen zugeführten Strom.

In Eisen, Nickel und Kobalt gibt es magnetische Bereiche. In einem unmagnetisierten Stück gleichen sich ihre Wirkungen weitgehend aus. Ein äußeres Feld kann Bereiche ausrichten oder vergrößern. So wird das Stück magnetisiert. Wärme oder starke Stöße können diese Ordnung schwächen.

Weichmagnetisches Material lässt sich leicht magnetisieren und wieder entmagnetisieren. Eine geschlossene Hülle daraus kann das Feld in ihrem Hohlraum stark verringern. Diese magnetische Abschirmung ist nicht vollkommen.