Wieso ist im Inneren eines Hohlzylinders kein Magnetfeld?
Wenn der Strom entlang des Zylinders fließt, wieso ist dann nur an der Außenseite des Hohlzylinders ein Magnetfeld und nicht im Inneren?
2 Antworten
Das ist das Prinzip eines Faradayschen Käfigs. Es liegt zwischen jeden Punkt des Zylinders das gleiche Potential an, damit ist das innere des Zylinders Feld frei.
Das Grundprinzip ist immer das gleiche. Egal ob ein elektrischer Strom vom - zum + Pol fließt (physikalische Stromrichtung) oder ob einfach nur Wasser ein Berg hinunter fließt. Es wirken immer nur dann Kräfte wenn ein potentialunterschied vorhanden ist. Alles strebt nach einem Kräftegleichgewicht.
Wird ein elektrischer Holleiter z.b. von einem Strom durchflossen, ist es egal welche Punkte du miteinander vergleichst, kein Potentialunterschied vorhanden (idealer Leiter). Überall liegt das gleiche Potential an. Damit gibt es keine elektrische Felder im Innenraum und auch keine magnetischen Felder.
Das ist ähnlich wie bei der Wedstonsche Messbrücke. Ist die Brücke Ausgeglichen so wirkt über die Brücke kein elektrisches Feld welcher die Ladung über die Brücke beschleunigen wollen würde.
ein Stromdurchflossener Leiter wirkt in dem Fall ähnlich und wenn kein elektrisches Feld vorhanden ist, dann ist auch kein magnetisches Feld vorhanden, diese Phänomene gehen Hand in Hand. Es gibt kein Magnetfeld ohne ein elektrisches Feld und kein elektrisches Feld ohne ein magnetisches Feld. Die Divergenz von B ist 0. Natürlich gilt das nur für rotierende Felder wie es eben beim Stromfluss der Fall ist.
Was das Magnetfeld betrifft wird es mit der 2. Maxwellgleichung deutlich, denn die 2. Maxwellgleichung in integraler Form besagt, dass das magnetische Feld durch eine geschlossene Fläche A hindurch sich immer weghebt.
betrachten wir das Phänomen relativistisch können wir einen elektrischen Stromfluss auch als Ladungsverteilung darstellen, denn hier können wir den Blickwinkel ändern und sagen: "Die Elektronen bewegen sich gar nicht sondern der ganze Leiter bewegt sich" das bedeutet, dass bewegte Körper kürzer werden, also werden wir mehr Protonen als Elektronen im Gesamten Leiter haben. Da allerdings über all im Zylinder so etwas passiert haben wir auch hier kein Unterschied. es wirkt kein elektrisches Feld.
Auch zwischen Punkten, die sich auf der Außenwand einer senkrechten Querschnittsfläche des Hohlleiters befinden, gibt es keinen Potentialunterschied.
Der Faradaysche Käfig wird im Unterricht nur in der Form dargestellt, dass sich die Überschußladungen einer Hohlkugel auf der Oberfläche der Hohlkugel so verteilen, dass im Innern der Hohlkugel das elektrische Feld verschwindet. Eine leitende Hohlkugel schirmt zwar gegen äußere stationäre elektrische Felder ab, nicht aber gegen magnetische.
Auf die Darstellung des Magnetfeldes als relativistisches elektrisches Feld sollte man lieber verzichten, da diese Darstellung für einen Schüler normalerweise nicht nachvollziehbar ist und für spezielle Fälle strittig ist. Einen Beweis, dafür, dass das magnetische Feld immer (und nicht nur in speziellen Fällen) als relativistische Feld aufgefaßt werden kann, scheint nicht zu existieren. Die Suche der Astronomen nach magnetischen Monopolen wäre dann sinnlos.
Ach echt man sucht immer noch nach magnetischen Monopolen? Na dann bin ich mal gespannt. Das magnetische Feld resultiert IMMER aus der Bewegung von Ladungen es sind alles bewegte Ladungen,es gibt keine magnetischen Monopole. Das ist der stand der physik.
Außerdem mal was anderes. Ich habe da jetzt eine hohlkugel. Nun induzierte ich mithilfe eines magnetischen wechselfeldes eine Spannung. Da die Kugel in sich geschlossen ist wird es hier zu einem Kurzschluss Strom am Rand der Kugel kommen.
Dieser Strom sorgt jetzt führ eine Rotation des elektrischen Feldes entlang einer in sich geschlossenen Fläche. Jetzt würde für das Magnetfeld im inneren die 2. Maxwell gleuchung greifen die ja besagt, dass genauso viele magnetfeldlinien in die kugel hinein als auch hinaus zeigen. Damit hebt sich das Magnetfeld im inneren auf.
Das ist doch auch der Grund warum du innerhalb eines Fahrstuhls kein handyempfang hast.
Die Aussage das ein faradayscher Käfig Magnetfelder nicht abschirmt gilt nur für statische oder langsam variierenden Felder also jene die keine Spannungen in den Leitern induzierten.
Bei parallelen Leitern, die in gleicher Richtung und mit gleicher Stärke von einem elektrischen Strom durchflossen werden, heben sich die magnetischen Wirkungen in der Mitte zwischen diesen Drähten auf. Ein Hohlzylinder kann als eine Anordnung vieler paralleler Leiter betrachtet werden.
In der Schule lernt man, dass die Richtung des von einem Stroms erzeugten Magnetfeldes mit Hilfe der Regel der rechten Hand bestimmt werden kann.
Die Magnetfelder zwischen zwei gleichgerichteten parallelen Strömen sind einander entgegengerichtet. Das ergibt sich aus der Regel der rechten Hand.
Der Begriff des Faradayschen Käfig wird nach meiner Kenntnis nur auf Ladungsverteilungen angewandt. Ein stromdurchflossener Leiter ist aber ungeladen.