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Magnete in Magnetfeldern

Magnetfelder von Permanentmagneten

Magnetfeldlinien eines Stabmagnete
Abbildung 1:
Im Kapitel Magnetismus haben wir bereits das Magnetfeld eines einzelnen stabförmigen Permanentmagneten kennengelernt.
Betrachten wir nun das Magnetfeld zweier nebeneinander angeordneter Stabmagnete:

Magnetfeldlinien zweier paralleler Stabmagnete
Abbildung 2:
Magnetfeldlienien zweier parallel angeordneter Stabmagnete. Die beiden magnetischen Nordpole befinden sich unten, die Südpole entsprechend oben. Auffällig ist die Tatsache, dass die Feldlinien zwischen den beiden Magneten wesentlich dichter angeordnet sind. Hier ist die magnetische Feldstärke deutlich höher als bei der Anwesenheit nur eines Magneten. Ober- und unterhalb der Achse zwischen den beiden Magneten ist die Verstärkung der Feldstärke ebenfalls deutlich auszumachen. Weniger drastisch, aber ebenfalls erhöht ist die Feldstärke links und rechts der Anordnung.
Die Verstärkung des Magnetfeldes im Raum zwischen den Magneten bewirkt eine Kraft, welche die Magnete nach links bzw. rechts auseinander treibt.
Magnetfeldlinien zweier antiparalleler Stabmagnete
Abbildung 2:
Magnetfeldlinien zweier antiparallel angeordneter Stabmagnete. Der Nordpol des einen Magneten ist oben, der des zweiten Magneten unten angeordnet. Die meisten Feldlinien zwischen den beiden Magneten verlaufen von einem Pol des einen Magneten zum entsprechenden Gegenpol des zweiten Magneten. Dadurch erhöht sich die Feldliniendichte im Raum direkt ober-und unterhalb der Magnete, im Zwischenraum und in größerer Entfernung hingegen nimmt die Feldliniendichte stark ab.
Es existiert eine anziehende Kraftwirkung zwischen den Magneten.
Magnetfeldlinien zweier antiparalleler Stabmagnete
Abbildung 3:
Nähern sich die beiden Magnete, so steigt die Feldliniendichte an den Polen der MAgnete, während diese in allen anderen Punkten sinkt.
Magnetfeldlinien zweier antiparalleler Stabmagnete
Abbildung 4:
Berühren sich die beiden Magnete auf Grund der anziehenden Kraftwirkung, so wird die magnetische Feldstärke in einigem Abstand von den Magneten (fast) ausgelöscht, während diese in einem kleinen Volumen um die Pole herum sehr hoch wird.

Zwei parallel angeordnete Magnete erhöhen die magnetische Feldstärke außerhalb, antiparallel angeordnete Magnete schwächen diese so stark ab, dass die Feldstärke nahezu Null wird. Betrachten wir viele zufällig angeordnete Magnete, so ist die Feldstärke außerhalb des Bereichs mit Magneten ebenfalls nahezu Null. Bereiche mit mehreren parallel angeordneten Magneten verstärken zwar das Magnetfeld lokal, einer derartigen Gruppe von Magneten stehen aber andere Gruppierungen entgegen, deren Anordnung antiparallel dazu ist und damit das Magnetfeld wieder abschwächen.
Ferner haben wir gesehen, dass Kräfte zwischen Magneten auftreten. Sind zwei Magnete parallel oder antiparallel zueinander angeordnet, so ziehen sich diese gegenseitig an oder stoßen einander ab. Sind die Magnetachsen in einem Winkel zueinander angeordnet, entsteht zusätzlich ein Drehmoment:

Wechselwirkung zweier drehbar gelagerter Magnete:

Wechselwirkung zweier Stabmagnete
Abbildung 5:
Stehen die Magnetachsen wie in Abbildung a.) in einem Winkel zueinander, so wirkt ein Drehmoment auf beide Magnete. Die Abstoßende Kraftwirkung der Südpole bewirkt beim linken Magneten ein Drehmoment im Uhrzeigersinn, beim rechten Magneten ein Drehmoment entgegen dem Uhrzeigersinn. Die beiden Nordpole stoßen einander ebenfalls ab und bewirken beim linken Magneten ein Drehmoment entgegen dem Uhrzeigersinn, beim rechten Magneten im Uhrzeigersinn. Da der Abstand der beiden Südpole zueinander kleiner ist als der Abstand der Nordpole, ist das entsprechende Drehmoment der Südpole größer als das der Nordpole. In Summe verbleibt also ein Drehmoment im Uhrzeigersinn beim linken Magneten und ein Drehmoment entgegen dem Uhrzeigersinn beim rechten Magneten.
In Situation b.) sind die gegennamigen Pole der beiden Magnete einander näher als die Gleichnamigen, entsprechend überwiegen die Anziehungskräfte. Die beiden unteren Pole ziehen einander stärker an als die beiden oberen Pole, wodurch das von den unteren Polen bewirkte Drehmoment überwiegt. Der linke Magnet wird entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, der rechte Magnet im Uhrzeigersinn.
Kein Drehmoment wirkt, wenn die gleichnamigen Pole der beiden Magnete im gleichen Abstand zueinander stehen, wie in c.) - f.), beziehungsweise wenn alle Pole auf einer Achse liegen wie in g.) + h.).
Die Zustände d.) + g.) + h.) sind instabil und gleichen einer auf der Spitze stehenden Nadel. Wird einer der beiden Magnete nur leicht verdreht, kippen beide in einen der stabilen Zustände c.), e.) oder f.).


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