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Elektromagnetismus
Die Definition des Elektromagnetismus ist simpel: Wenn durch einen Leiter Strom fließt, bildet sich darum ein Magnetfeld. In diesem Fall spricht man von Elektromagnetismus. Die elektromagnetische Wechselwirkung gehört zu den Grundkräften der Physik und wurde seit der Entdeckung durch den Physiker Oersted und später Michael Faraday und James Clerk Maxwell (19. Jahrhundert: Maxwellgleichungen) intensiv erforscht. Anhand praktischer Phänomene wie Licht, Elektrizität und Magnetismus lässt sich die Anwendung des Elektromagnetismus im Alltag erkennen und verstehen.
Was sind elektromagnetische Felder?
Bewegte elektrische Ladungen sind stets von magnetischen Feldern umgeben. Die Linien dieses elektromagnetischen Feldes liegen wie Kreise um den Leiter und werden von der Stromrichtung bestimmt. Ändert sich diese, richtet sich auch das Magnetfeld neu aus.
Wie entsteht ein elektromagnetisches Feld und wie lässt es sich bestimmen?
Um die Richtung der magnetischen Feldlinien zu bestimmen, kann man sich vorstellen, mit der rechten Hand den Leiter zu umgreifen und den Daumen in die Stromrichtung zu richten. Die restlichen Finger, die den Leiter umschließen, geben so Auskunft über die Richtung der Feldlinien (Korkenzieherregel oder Rechte-Hand-Regel genannt).
Ist der Leiter nun zu einer Spule aufgewickelt, entstehen ähnliche magnetische Kräfte wie bei einem Stabmagneten. An einem Ende der Spule treten die magnetischen Feldlinien aus und am anderen wieder ein, was so der Wirkung eines Magnetpols gleicht. Je mehr Windungen die Spule hat und je größer die Stromstärke ist, desto stärker ist auch das Magnetfeld.
Wie lassen sich Elektromagneten bauen?
Platziert man im Inneren der Spule ein Ferromagnetikum (z.B. einen Weicheisenkern), können die entstehenden Magnetisierungskräfte als Elektromagnet verwendet werden. Bei fließendem Strom werden alle magnetischen Elementarbezirke in Richtung des elektromagnetischen Feldes ausgerichtet. Das hat zur Folge, dass die Kraft im Inneren der Spule am höchsten ist und nach außen hin abnimmt. Elektromagneten haben demnach nur in der Nähe ihres Kerns eine große Wirkung. Wird der Strom ausgeschalten, verliert der Magnet die meiste Kraft.
Der Elektromagnetismus hat nicht nur in der Physik oder der Elektronik höchste Relevanz – auch in der Industrie finden sich diverse Anwendungsmöglichkeiten. So beispielsweise als Hubmagnete für Kräne, als Erregerfeld-Erzeugung in Elektromotoren oder als Magnetschienenbremsen für Schienenfahrzeuge.