Magnetfeld

magnetisches Feld, das die magnetische Kraftwirkung beschreibende Feld, das jedem Punkt des Raumes und jedem Zeitpunkt einen dreidimensionalen Vektor zuordnet. Die Quellen des Magnetfeldes sind, anders als beim elektrischen Feld, keine »magnetischen Ladungen« (Monopole), sondern bewegte elektrische Ladungen bzw. zeitlich veränderliche elektrische Felder. Man sagt auch, das Magnetfeld sei »quellenfrei« (Maxwell-Gleichungen). Als solche sind z.B. auch ungepaarte Elektronen in der Atomhülle zu sehen, die auch Ampèrsche Molekularströme oder Elementarmagnete genannt werden und die Quellen der Felder von magnetischen Materialien wie den Ferromagnetika sind. Magnetfelder werden oft durch ihre Feldlinien beschrieben, deren lokale Tangenten jeweils mit der Richtung der Magnetfeldvektoren übereinstimmen (Magnetfeldlinien). Ein elektrisch geladenes Teilchen, das sich durch ein Magnetfeld bewegt, erfährt eine senkrecht zur Bewegungsrichtung und zum Feld wirkende Kraft, die Lorentz-Kraft. Dies führt bei homogenem Magnetfeld zur Ausbildung von Kreis- oder Spiralbahnen.

Zur quantitativen Beschreibung des Magnetfeldes werden zwei verschiedene Funktionen verwandt: Im Vakuum die magnetische Flussdichte (oder magnetische Induktion) B, diese beschreibt die räumliche Dichte des magnetischen Flusses F und hat die Einheit Tesla (T). In Materie, wo zur magnetischen Flussdichte noch der Vektor der Magnetisierung M hinzutritt, wird meist die magnetische Feldstärke H mit der Einheit A / m verwendet.

Die Messung von Magnetfeldern erfolgt u.a. durch Ausnutzung des Drehmomentes, das ein Magnetfeld auf einen Probemagneten ausübt, anhand der Änderung im spezifischen Widerstand, den einige Materialien im Magnetfeld erfahren (Bismut, Indiumantimonid) oder mit Hilfe des Hall-Effekts bzw. Quanten-Hall-Effekts; auf mikroskopischer Ebene auch durch Ausnutzung des Zeeman-Effekts bei Kernresonanzuntersuchungen.

Die u.a. von M. Faraday und J.C. Maxwell entwickelte Theorie des Elektromagnetismus hat gezeigt, dass Magnetfeld und elektrisches Feld zwei Erscheinungsformen desselben physikalischen Phänomens sind; insbesondere bei relativistischen Geschwindigkeiten wird statt ihrer der elektromagnetische Feldstärketensor verwendet.