Magnetfeld
[engl. magnetic field] (magnetisches Feld), Eigenschaft eines Raumgebiets in der Umgebung von Magneten oder bewegten elektrischen Ladungen. Magnetfelder existieren entweder als magnetostatische Felder oder, verknüpft mit zeitlich schnell veränderlichen elektrischen Feldern, als elektromagnetische Felder (vgl. auch elektromagnetische Strahlung).
Magnetische Felder treten bei Computern besonders im Bereich der Netzanschlüsse, aber auch im Bereich der Bildschirme auf und können andere nahe gelegene Bildschirme oder ungeschützte Datenträger, beispielsweise Disketten, beeinflussen.Da starke veränderliche Felder im Verdacht stehen, gesundheitliche Schäden bei Benutzern hervorzurufen, wurden Grenzwerte erlassen, welche die Gefährdung bei Bildschirmarbeit weitestgehend ausschließen sollen, etwa MPR-II oder TCO-99 (TCO). Magnetische Felder werden in der Einheit Tesla gemessen. Das magnetische Feld eines Bildschirms darf beispielsweise in 30 cm Abstand vom Monitor höchstens 1 Mikrotesla (ein Millionstel Tesla) und in 1 m Abstand nur noch 0,03 Mikrotesla betragen. Die Stärke des Erdmagnetfelds liegt zum Vergleich dazu bei etwa 50 Mikrotesla.
Magnetfeld,
magnetisches Feld, 1) allgemein ein Raumgebiet (das auch Materie enthalten kann), in dem jedem Punkt die vektoriellen Feldgrößen magnetische Feldstärke H und magnetische Flussdichte B zugeordnet sind. Magnetfelder sind an das Vorhandensein von Permanentmagneten (Magnet) oder bewegten elektrischen Ladungen gebunden. Sie existieren entweder als magnetostatische oder, verknüpft mit zeitlich schnell veränderlichen elektrischen Feldern (Induktion), als elektromagnetische Felder (Feld, maxwellsche Theorie). Magnetfelder können wie alle Vektorfelder durch Feldlinien veranschaulicht werden, deren Dichte dem Betrag der Feldgrößen proportional und deren Richtung gleich der der Feldgrößen ist. Bei genügend starken statischen Magnetfeldern lassen sich die Feldlinien mithilfe von Eisenpulver sichtbar machen.
Zum Aufbau eines Magnetfelds muss Energie aufgebracht werden, die als magnetische (Feld-)Energie im Magnetfeld gespeichert wird. Ihre Energiedichte w ist im allgemeinen Fall durch die Gleichung
gegeben, im Fall des linearen Zusammenhangs B = μ H (mit konstanter Permeabilität μ) von B und H durch w = B · H / 2.
Die in einem Volumen V enthaltene Energie W ist
Wenn das Magnetfeld von einemStrom I erzeugt wird, der durch einen Stromkreis der Induktivität L fließt, z. B. durch eine Spule mit der Windungszahl N, gilt für die Energie dieses Magnetfelds
Dabei ist Φ der vom Strom Ierzeugte magnetische Fluss.
2) Astronomie: kosmische Magnetfelder, Magnetfelder, die von einem Körper des Sonnensystems (z. B. Planet) oder einem Stern (magnetischer Stern) ausgehen oder durch die Bewegung ionisierter Gase im interplanetaren (interplanetare Magnetfelder) oder im interstellaren Raum (interstellare Magnetfelder) hervorgerufen werden.
Während die Feldstärken an der Oberfläche erdartiger Planeten und des Mondes sehr gering sind (Merkur 1 %, Venus 0,02 %, Mars 0,2 %, Mond 0,01 %, jeweils bezogen auf die Feldstärke an der Erdoberfläche, rd. 5 · 10-5 T), entspricht das Magnetfeld jupiterartiger Planeten nahezu dem erdmagnetischen Feld oder übertrifft es beträchtlich (Jupiter etwa 24-mal).
Die Sonne besitzt ein globales Magnetfeld mit einer Feldstärke von 1 · 10-4 bis 2 · 10-4 T und einer Umpolung im elfjährigen Wechsel, dem starke groß- und kleinräumige lokale Magnetfelder mit Feldstärken bis zu etwa 0,15 T überlagert sind. Im von der Sonne abfließenden Sonnenwind sind großräumige interplanetare Magnetfelder eingeschlossen, deren Stärke in Erdbahnnähe zwischen etwa 10-8 und 10-9 T liegt. Die Feldlinienfußpunkte sind fest in der rotierenden Sonne verankert, sodass die Feldlinien die Form archimed. Spiralen annehmen.
Die Magnetfelder von Sternen machen sich v. a. durch eine Aufspaltung oder eine Verbreiterung der Absorptionslinien in den Spektren infolge des Zeeman-Effekts bemerkbar. Die kleinsten bei magnetischen Sternen (außer der Sonne) nachweisbaren Magnetfelder liegen bei etwa 2 · 10-2 T, die höchsten bei Hauptreihensternen gemessenen Feldstärken bei etwa 3 T, die zum Teil unregelmäßig schwanken. Weiße Zwerge haben Magnetfelder im Bereich von 102 bis 5 · 105 T, die bei Pulsaren gemessenen betragen bis zu 108 T.
Interstellare Magnetfelder lassen sich mithilfe des Zeeman-Effekts oder der durch den Faraday-Effekt verursachten Drehung der Polarisationsebene linear polarisierter Strahlung bestimmen. Die gemessenen Feldstärken liegen zwischen etwa 5 · 10-11 und 5 · 10-9 T, im galaktischen Zentrum bei etwa 10-7 T, beim mittleren großräumigen interstellaren Feld bei rd. 3 · 10-10 T. Die allgemeine Feldrichtung liegt bevorzugt parallel der galaktischen Ebene und folgt wahrscheinlich den Spiralarmen. Interstellare Magnetfelder verursachen eine Ausrichtung interstellarer Staubteilchen, was zur Polarisation des Sternlichts führt.
Literatur:
K. Meetz u. W. L. Engl: Elektromagnet. Felder (1980);
G. Lautz: Elektromagnet. Felder (31985).