Unterschied magnetische Feldstärke (H) und magnetische Flussdichte (B)
Hallo liebe Communitiy,
Frage steht oben, hierzu gab es bereits schon einen Thread (https://www.gutefrage.net/frage/wo-ist-der-unterschied-zwischen-magnetischer-feldstaerke-und-magnetischer-flussdichte-), der aber nicht alle Unklarheiten beantwortet.
Kurz zusammengefasst: H nicht materialabhängig, B materialabhängig. Beide hängen über die Magnetisierung bzw. der Hysterese (Permabilität) zusammen.
Weiterhin unklar ist für mich jedoch, in welchen Einsatzgebieten es sich anbietet H bzw. B zu verwenden.
Des weiteren meine ich mal gehört zu haben, dass es hierbei an Grenzflächen zu "Brechung" (analog dem Fall aus der Optik) kommt bzw. die Feldlinien (H oder B?) immer senkrecht in ferromagnetische Materialien eindringen.
Hier benötige ich Hilfe beim "Aufräumen" im Geiste, da ich hier sicherlich gerade einige Dinge durcheinander bringe.
Vielen Dank im Vorfeld und Gruß Sanjo386
2 Antworten
Die magnetische Feldstärke bietet sich immer da an, wo es um Eigenschaften von zum Beispiel Permanentmagneten geht, weiterhin lässt sich damit einfach erklären, was magnetische Pole sind, man versteht damit sehr gut, warum eine Spule keine magnetischen Pole hat, warum eine Spule mit Eisenkern aber plötzlich doch magnetische Pole hat usw.
Die magnetische Flussdichte B macht alle Berechnungen im Bereich der elektromagnetischen Induktion einfacher.
Merke: Beides sind physikalische Größen, keine von beiden ist das elektromagnetische Feld, denn dieses ist ein reales physikalisches System, H und B nur mathematische Werkzeuge.
Da B im Wesentlichen die Summe von H und Magnetisierung M ist (bis auf eine Konstante), die Magnetisierung M in einem Permanentmagneten aber sehr groß, außerhalb aber 0 ist, machen die B Feldlinien beim eintritt in den Magneten scharfe Knicke, die H Feldlinien nicht. Überhaupt bietet sich bei er Diskussion über das magnetische Feld H und M an, auf keinen Fall B, dies ist zu verwirrend.
Des weiteren meine ich mal gehört zu haben, dass es hierbei an Grenzflächen zu "Brechung" (analog dem Fall aus der Optik) kommt bzw. die Feldlinien (H oder B?) immer senkrecht in ferromagnetische Materialien eindringen.
Die Feldlinien (B) treten nicht exakt, aber annähernd senkrecht in ferromagnetische Materialien ein. Das liegt daran, daß der magnetische "Brechungsindex" dieser Stoffe, ihre Permeabilität, ca. tausend mal so groß wie die Permeabilität der Luft, also annähernd unendlich ist.
Weiterhin unklar ist für mich jedoch, in welchen Einsatzgebieten es sich anbietet H bzw. B zu verwenden.
B ist vom Magnetfeld das, was man messen und zum Bau elektrischer Maschinen verwenden kann, nämlich durch die Kraft, die das Feld auf bewegte elektrische Ladung ausübt. Zum Messen bringt man als Sensor einen Draht an eine Stelle des Feldes, leitet Strom hindurch und mißt, welche Kraft das Feld nun auf den Draht ausübt. Dies ist die Lorentzkraft. Auf diesem Prinzip beruhen Elektromotoren.
Die Stärke von B wird dann so angegeben: Man nimmt die gemessene Kraft und teilt sie durch die Stärke des Stromes und die Länge des verwendeten Drahtes. Die Einheit von B, das Tesla, ist also gleich Newton durch Amperemeter.
Der gleiche Zusammenhang gilt auch, wenn man es umgekehrt macht und nicht Strom durch den Sensordraht schickt, sondern ihn durch das Feld bewegt. Dann übt das Feld eine Kraft auf die Ladungsträger im Draht aus und es entsteht darin eine Spannung. Nach diesem Prinzip funktionieren Generatoren.
Außerhalb des Magneten sind H und B Feldlinien gleich (bis auf eine Konstante), denn dort ist die Magnetisierung M = 0. Die Feldlinien H und B treten nicht senkrecht in den Magneten ein, gerade in der Mitte des Magneten treten die Feldlinien sehr flach ein, machen dann an der Grenzfläche einen scharfen Knick (denn im Inneren überwiegt die Magnetisierung M als zweiter Summand neben H zur Summe B
Und die Kraft außerhalb eines Magneten lässt sich mit H und B gleichermaßen gut berechnen, denn dort unterscheiden sich wegen M = 0 beide nur durch eine Konstante. Man kann ja auch nicht sagen, man messe Längen besser in cm als in m (ok, der Vergleich hinkt etwas)
Was für das Auge senkrecht zu sein scheint, kann bei genauerer Untersuchung doch davon abweichen. Eine FEM-Simulation ist freilich kein physikalisches, sondern ein mathematisches Experiment von begrenzter physikalischer Aussagekraft. Was es warum im Einzelnen sagt, wird man nur verstehen können, wenn man sich genau die verwendeten Algorithmen und Parameter anschaut. Man muß damit rechnen, daß Artefakte auftreten, also Phänomene, die das Rechenverfahren produziert.
@sanjo386
Durch die Magnetisierung M, die in einem Permanentmagneten dauerhaft ist (das ist ja der Sinn), sind zunächst auch die Feldlinien des H Feldes festgelegt, sie beginnen dort, wo die M-Feldlinien enden (dies ist der Nordpol) und enden dort, wo die M-Feldlinien beginnen (dies ist der Südol), der Winkel, in dem die H-Feldlinien den Magneten verlassen oder in ihn eindringen, ist von der Geometrie des Magneten und dem M-Feld abhängig und hat NICHTS mit senkrecht oder nicht zu tun. Bringt man nun Stahl in die Nähe des Magneten, dann enden die H-Feldlinien an der Grenze, weil ein H-Feld nicht in Eisen eindringen kann, stattdessen wird das Eisen magnetisiert, es bildet sich im INneren ein M-Feld aus. Ich denke, es ist in deinem speziellen Fall Zufall, dass die H-Feldlinien dort senkrecht eintreten, nötig ist das jedenfalls prinzipiell nicht.
B wegen der Materialabhängigkeit über µr. Was mich wundert und mich letztlich dazu bewegt hat, diese Frage zu stellen ist folgendes: Ich habe ein ganz einfaches Simulationsergebnis (FEM). In diesem treten die Feldlinien (nicht senkrecht an der Grenzfläche) aus einem Permanentmagnet aus und mit etwas Distanz (senkrecht an der Grenzfläche) in eine Stahlprobe ein. Kann mir das jemand erklären? Warum einmal so und einmal so?