Magnetische Feldstärke (H)
Die magnetische Feldstärke H ist eine vektorielle physikalische Größe, die die Stärke eines Magnetfelds beschreibt, das durch elektrische Ströme oder magnetische Quellen erzeugt wird. Sie wird in Ampere pro Meter (A/m) gemessen und beschreibt die Magnetisierungskraft, die magnetischen Fluss in einem Material erzeugt – unabhängig von der Reaktion des Materials selbst.
Unterschied: Magnetische Feldstärke vs. magnetische Flussdichte
Obwohl sie miteinander verknüpft sind, unterscheiden sich magnetische Feldstärke (H) und magnetische Flussdichte (B) grundlegend:
B = μH, wobei μ = μ₀ × μᵣ
mit:
B: Magnetische Flussdichte (T, Tesla)
H: Magnetische Feldstärke (A/m)
μ: Magnetische Permeabilität des Mediums
μ₀: Permeabilität des Vakuums (4π × 10⁻⁷ H/m)
μᵣ: Relative Permeabilität des Materials
In magnetisierbaren Materialien erweitert sich die Beziehung zu:
B = μ₀(H + M)
Dabei ist M der Magnetisierungsvektor, der die innere magnetische Reaktion des Materials beschreibt.
Die Einheit von μ₀ (Henry pro Meter) stellt sicher, dass die Dimensionsgleichung konsistent ist:
B = μH → T = (H/m) × (A/m)
Formeln zur Berechnung der Feldstärke
Gerader Leiter
H = I / (2πr)
I: Stromstärke (A)
r: Abstand vom Leiter (m)
Gültig für ideal lange, gerade Leiter.
Spule (Solenoid)
H = nI
n: Windungszahl pro Meter
I: Stromstärke durch die Spule (A)
Gültig für lange Spulen mit Luftkern oder nichtmagnetischem Kern. H bleibt auch bei magnetischem Kern gleich.
Rechenbeispiele
Luftkernspule
Gegeben: n = 200 Windungen/m, I = 3 A
H = 200 × 3 = 600 A/m
Für Luft (μᵣ ≈ 1):
B = μ₀H ≈ 4π × 10⁻⁷ × 600 ≈ 0,75 mT
Spule mit Eisenkern
Gleiche Spule, aber mit einem Eisenkern: μᵣ = 5000
B = μ₀μᵣH = 4π × 10⁻⁷ × 5000 × 600 ≈ 3,77 T
Dieses Beispiel zeigt, wie Materialien mit hoher Permeabilität die Flussdichte B deutlich erhöhen können, ohne die Feldstärke H zu verändern.
Anwendungen
Elektrotechnik: Gestaltung von Magnetfeldern in Transformatoren, Motoren, Induktivitäten
Medizintechnik: Magnetresonanztomographie (MRT) erzeugt statische Magnetfelder bis zu 1,5–3 T mithilfe hoher Feldstärken aus supraleitenden Spulen
Materialwissenschaften: Charakterisierung magnetischer Materialien über Hysteresekurven
EMV-Bewertung: Analyse magnetischer Emissionen und Störfestigkeit elektronischer Geräte