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Magnetische Spannung

In der Elektrodynamik (Elektrizitätslehre) ist der Begriff der magnetischen Spannung (V_m: Wegintegral über die magnetische Feldstärke H) oder auch magnetischen Durchflutung (θ) als Maß zu verstehen, das die erregende Kraft der magnetischen Feldstärke beschreibt. Sie entspricht der Gesamt-Stromstärke, die eine durch die magnetischen Feldlinien umschlossene Fläche durchströmt. In der Physik kann die magnetische Spannung mit der elektrischen Spannung (U) verglichen werden, die wiederum im magnetischen Kreis eine wichtige Rolle spielt (nur formale Analogie).

Wie entsteht magnetische Spannung?

In stromdurchflossenen Leitern erzeugen die bewegten Ladungsträger ein Magnetfeld. Man sagt in diesem Zusammenhang auch, dass Elektronen ein Magnetfeld durchfluten. Falls mehrere Leiter nebeneinander liegen wie zum Beispiel in einer Spule steht diese Durchflutung in proportionaler Abhängigkeit zur Summe der Windungszahl. Die magnetische Spannung, die aus der Spule hervorgeht, ist die Ursache für das magnetische Feld, ähnlich wie die Spannung in der Elektrizität verantwortlich für den Strom ist.

Wie lässt sich die magnetische Spannung berechnen?

Der internationale Einheitenstandard für Formelzeichen gibt für die magnetische Spannung die Einheit Ampere (A) vor. Mit dem sogenannten hopkinsonschen Gesetz (benannt nach dem britischen Physiker John Hopkinson) existiert eine Formelgleichung, welche die magnetische Spannung in einen Zusammenhang mit dem magnetischen Widerstand (R_m) und dem magnetischen Fluss (Φ) bringt:

Des Weiteren beschreibt das sogenannte Durchflutungsgesetz die Abhängigkeit der magnetischen Durchflutung und dem eingeschlossenen Strom. H ist dabei die magnetische Feldstärke:

Magnetische Spannung bei Linienleiter und Spule

Bei einem elektrischen Linienleiter kann man sich die magnetische Spannung wie einen Ebenen-Fächer vorstellen, der aus dem Leiter heraustritt. Bei induziertem Strom kann die magnetische Spannung abhängig vom Winkel α zwischen zwei Fächerflächen angeben werden:

Bei Heranziehen der magnetischen Feldstärke H gilt also:

ds ist ein Abschnitt der Feldlänge l der magnetischen Feldstärke mit l=αr (r ist der Radius um den Strom I, auf dem das Feld gemessen wird).

Ist eine Spule als magnetische Spannungsquelle (durchflossen von Strom I) induziert, wird die Amperewindungszahl N gebraucht. Selbst wenn die Spule einen Eisenkern oder anderes Material mit hoher Permeabilität enthält, kann die magnetische Spannung wie folgt ermittelt werden:

Mit Hilfe dieser Näherung kann aus der Eisenweglänge und Durchflutung auf die magnetische Feldstärke und die magnetische Flussdichte (wenn Permeabilitätszahl bekannt) geschlossen werden.

Gerade in der Elektrotechnik kommt die magnetische Spannung bei Spannungkonstanthaltern und Elektromagneten zum Einsatz.