Das Erdmagnetfeld

Wenn man von terrestrischem Magnetismus spricht, geht es um das Magnetfeld der Erde, das einem großen Magneten ähnelt. Das Erdmagnetfeld entsteht durch die Bildung der Spirale laut dem Ampère'sche Gesetz, aus der später ein elektrisches Feld, nach dem Faraday'sche Gesetz, hervorgegangen ist. Im Jahr 1600 entdeckte der Arzt William Gilbert im Rahmen einer Studie über Magnetismus, dass der Ursprung des Magnetismus auf der Erde selbst zu finden ist, in der Erdkugel, deren Verhalten dem eines Magneten sehr ähnlich ist, wodurch die Theorie des Erdmagnetismus entstand.

Die Ähnlichkeit zwischen dem Erdmagnetismus und dem Magneten wurde von primitiven Kompassen entdeckt, weshalb die Pole auch als Nord- und Südpol bezeichnet werden. Die Verteilung der Pole ist nicht fest, da die Erdachse in Bewegung ist, was zu einer Veränderung der Erdmasse und damit zu Schwankungen in der Lage der Pole führt. Neben dem magnetischen Pol gibt es den geografischen Pol, der im Gegensatz zum magnetischen Pol fest ist. Der Winkelunterschied zwischen diesen Polen wird als Deklination bezeichnet.

Funktion des terrestrischen Magnetismus

Das Vorhandensein eines Erdmagnetfeldes bietet uns den nötigen Schutz, wenn wir Strahlung von außerhalb der Erde ausgesetzt sind. Dieses Magnetfeld wirkt wie eine Barriere, die geladene Teilchen filtert und zurückhält, ein Bereich in der Atmosphäre, der als Van-Allen-Gürtel bezeichnet wird.

Wenn die Teilchen mit dem Magnetfeld der Erde in Berührung kommen, erzeugen sie verschiedene Naturphänomene, wie zum Beispiel das Nordlicht.

Wie wird das Magnetfeld der Erde aufrechterhalten?

Die Schicht über dem dichten inneren Kern besteht aus flüssigem Eisen, das rotiert und zittert, wodurch ein elektrischer Strom entsteht, der den Geodynamo hervorruft, der für die Aufrechterhaltung des Magnetfeldes verantwortlich ist.

Merkmale des Erdmagnetfeldes

Damit das Erdmagnetfeld richtig funktioniert, müssen folgende Eigenschaften gegeben sein:

• Neigung = das Magnetfeld hat die Tendenz, sich in Richtung des magnetischen Nordpols zu neigen, der sich dreht, bis er die Neigung des magnetischen Äquators erreicht.

• Intensität= die an den Polen gefundene Intensität liegt zwischen 0,25 und 0,65 Gauß.

• Bipolar = das Magnetfeld hat zwei Pole: den magnetischen Pol und den geografischen Pol, die jeweils einen Nord- und einen Südpol haben.

Ampèresches Gesetz

Das Ampèresche Gesetz ist ein Gesetz, das Teil der 4 der Gleichungen von Maxwell ist und das Biot-Savart-Gesetz ersetzt. Dieses Gesetz ermöglicht es, das Magnetfeld mithilfe von elektrischen Strömen zu berechnen . Es wurde 1826 von André Marie Ampère entdeckt und basiert auf dem Zusammenhang zwischen der Stärke des elektrischen Stroms und dem von ihm erzeugten Magnetfeld.

Im Gegensatz zu elektrischen Feldern sind magnetische Feldlinien nicht konservativ, d. h. die Zirkulation in einer geschlossenen Linie ist nicht null. Wenn die Richtung, in der die Ströme zirkulieren, mit der Richtung des Oberflächenvektors übereinstimmt, ist sie positiv. Umgekehrt wird es als negativ angesehen, wenn die Richtung entgegengesetzt ist.

Formel zur Bestimmung des Magnetfelds

Durch das Ampèresche Gesetz lässt sich das durch den Strom erzeugte Magnetfeld mit Hilfe der folgenden Formel bestimmen.

Einerseits stellt das erste Integral, d.h. der linke Teil der Formel, die Zirkulation dar, die sich in den Feldlinien in ihrer geschlossenen Trajektorie befindet. Dl bezieht sich auf den Tangentenvektor des ausgewählten Pfades an jedem Punkt und die rechte Seite der Formel bezieht sich auf:

• μ0 = Permeabilität im Vakuum
• IT = die Nettostromintensität

Das Ampèresche Gesetz wurde von Maxwell korrigiert, da er erkannte, dass sich Magnetfelder ebenso wie elektrische Ströme mit der Zeit verändern. Die aktualisierte Formel lautet also wie folgt:

J = Ladestrom

dS =Vektor, der in jedem Punkt senkrecht auf der Oberfläche steht

Anwendungen für das Ampèresche Gesetz

Mit dem Ampèreschen Gesetz kann man das magnetische Feld ausmachen:

• Ein leitender Draht

• Ein zylindrischer Draht mit Radius

• Eine Magnetspule

Dieses Gesetz kann für Elektromagnete, Generatoren, Transformatoren und Motoren verwendet werden.

Anwendungen bei einer Magnetspule

Das von André Marie Ampère entdeckte Gesetz kann auf eine Magnetspule angewendet werden, um das Magnetfeld in seinem Inneren zu bestimmen. Dieses Magnetfeld ist proportional zum angelegten Strom und zur Anzahl der Windungen pro Länge. Der Elektromagnet ist eine Anwendung, bei der wir dieses Gesetz deutlich sehen können, da das Magnetfeld gleich der Summe der Magnetfelder dieser Spirale ist und dies mit dem Ampèreschen Gesetz berechnet werden kann.

Sie kann nicht nur auf Magnete, sondern auch auf Toroide angewendet werden.

Die Magnetkraft von Magneten

Die Magnetkraft in einem Magneten bezieht sich auf die Restwirkung der magnetischen Kraft zwischen beweglichen Ladungen.

Die Einheit im internationalen System, die sich auf die magnetische Kraft in einem Magnetfeld bezieht, ist das Tesla (T). Gegensatz dazu wird die Stärke eines Magnetfelds in einem Magneten in Gauß gemessen, da diese Einheit kleiner ist.

Wenn wir über die Stärke von Magneten sprechen, beziehen wir uns auf den Magnetismus. Magnetismus wird durch die Bewegung von Elektronenladungen erzeugt. Diese Elektronen können auf zwei verschiedene Arten Magnetismus erzeugen.

• Durch einen Übergang, der eine kreisförmige Bewegung um den Kern macht.

• Durch die Rotation des Elektron um seine eigene Achse.

Die Magnetkraft, im Falle einer Geschwindigkeit, die senkrecht zum Magnetfeld verläuft, ergibt sich aus der folgenden Formel:

Kraft = Ladung - Geschwindigkeit - Feld B

Richtung der Magnetkraft und die Rechte-Hand-Regel

Um die Richtung eines Magnetfelds in einem Magneten zu kennen, muss man die Richtung der magnetischen Kraftlinien kennen. Dabei hilft die Rechte-Hand-Regel, von der es zwei Versionen gibt:

1. Die erste Version der Rechte-Hand-Regel

Die Rechte-Hand-Regel wird verwendet, um beide Richtungen auszumachen, sowohl die lineare Richtung als auch die Drehrichtung. Bei dieser Regel bringt man die ersten drei Finger in die folgende Position:

• Der Zeigefinger gibt die Richtung des ersten Vektors des Vektorprodukts an, dies wird durch das Symbol Vektor von u dargestellt. Durch Rotation bewegt sich das Elektron um seine eigene Achse.

• Der Mittelfinger (in der Mitte) bezieht sich auf den zweiten Vektor im Vektor v. Durch die Rotation bewegt sich das Elektron um seine eigene Achse.

• Der Daumen bestimmt die Richtung und den Sinn dieses Vektorprodukts. Bei der Rotation bewegt sich das Elektron um seine eigene Achse.

2. Die zweite Version der Rechte-Hand-Regel

• Auch hier halten Sie die rechte Hand so, dass die Finger in die gleiche Richtung wie beim ersten Vektor des Vektors von u zeigen. Durch die Drehung bewegt sich das Elektron um seine eigene Achse.

• Wenn wir die Hand schließen, zeigen uns die Finger die Richtung des zweiten Vektors des Vektorprodukts von u. In dem Moment, in dem die Hand geschlossen ist, erhalten wir den Winkel oder den Abstand zwischen den Vektoren, der kleiner ist. Durch Rotation bewegt sich das Elektron um seine eigene Achse.

• Der Daumen zeigt uns schließlich die Richtung des Vektorprodukts an.

Was ist magnetische Energie?

Magnetische Energie wurde zu der Zeit entdeckt, als James Clerk Maxwell Magnetismus und Elektrizität untersuchte. Er wollte damals beweisen, dass zwischen diesen beiden Phänomenen kein Zusammenhang besteht. Im Rahmen seiner Untersuchungen stellte er fest, dass Strom mit Magnetismus (genauer gesagt mit Magnetfeldern) zusammenhängt. Aus dieser Entdeckung ergab sich das Phänomen der elektromagnetischen Energie.

Die magnetische Kraft manifestiert sich in Form von Magnetfeldern. Durch diese Magnetkraft lässt sich mechanische Arbeit verrichten. Magnetische Energie wiederum ist die Bewegung der Ladung der Elektronen in den verschiedenen Teilchen. Es ist die Bewegung, die den Strom erzeugt, der das Verhalten des Elektrons wie das eines kleinen Magneten hervorruft.

Auch die Erde hat ein Magnetfeld, das eine magnetische Energie auf der Erde erzeugt. Diese Energie hat einen Nord- und einen Südpol, die durch ihre Wechselwirkung mit der Erdatmosphäre natürliche Phänomene wie das Polarlicht hervorrufen.

Wie wird ein Magnetfeld berechnet?

Magnetische Energie oder auch Magnetismus genannt, ist die Kraft, durch die eine Ladung in Bewegung gerät. daher gilt:

F = magnetische Kraft

qv= elektrische Ladung des Ladungsgeschwindigkeitsvektors

B = Magnetfeldvektor

Wo können wir magnetische Energie finden?

Magnetismus beschreibt das Phänomen der Anziehungskraft von magnetischen Elementen (Magneten). Magnetismus findet sich in:

- Kompassen

- Elektrischen Transformatoren

- Festplatten

- Magnetischen Tomographen

- Magnetschwebebahnen

- Polarlichtern

Die Beziehung zwischen elektrischer und magnetischer Energie

Die Beziehung zwischen Elektrizität und Magnetismus besteht in der elektromagnetischen Kraft (Elektromagnetismus). Der Elektromagnetismus wurde 1821 von Michael Faraday bekannt gemacht. Darüber hinaus ist die elektromagnetische Kraft der Zweig der Physik, der die Beziehung zwischen geladenen Teilchen und elektrischen und magnetischen Feldern untersucht.

Der Elektromagnetismus kommt in den folgenden Anwendungen vor :

- Mikrofone

- Stromerzeuger

- Elektrische Motoren

Die Bewegung der Elektronen (elektrische Ladungen) ist für die Erzeugung eines Magnetfeldes verantwortlich, das wiederum Magnete hervorbringt.

Im Bereich der magnetischen Energie gibt es verschiedene Arten von Generatoren, die auf die Erzeugung erneuerbarer elektrischer Energie spezialisiert sind. Die häufigste erneuerbare Energie, die mithilfe von Magneten gewonnen wird, ist die Windenergie, bei der Generatoren aus Permanentmagneten zum Einsatz kommen.