Lektion 2: Homogene Magnetfelder

Permanentmagneten eignen sich natürlich nicht zur geplanten Anwendung in der Medizin oder auch anderswo, wenn man Gegenstände in einem homogenen Feld untersuchen will. Denn das Feld außerhalb des Permanentmagneten selbst ist in der Regel inhomogen.

Die Lösung kann nur die Anwendung von Elektromagneten sein. Aber auch das Magnetfeld eines stromduchflossenen geraden Leiters ist nicht homogen:

Abb. 1: Magnetfeldlinien um einen geraden stromdurchflossenen Leiter
Abbildungsquelle: Rolf Piffer, CC-BY-SA-4.0

Die Feldlinien sind nicht nur nicht parallel, sondern auch die Stärke des Feldes nimmt nach außen hin ab.

Leiterschleifen hingegen erzeugen ein anderes Magnetfeld:

Diese Form des Magnetfeldes lässt sich leicht mithilfe der Handregel (hier Rechte-Hand-Regel) unter Berücksichtigung der Stromrichtung bestimmen.

Auch hier liegt aber kein homogenes Magnetfeld vor.

Abbildungsquelle: 30px MovGP0, Stromschleife, CC BY-SA 2.0 DE

Der nächste Schritt ist die Verwendung einer zusammengesetzten Reihe solcher Leiterschleifen - besser bekannt als "Spule".

Das Magnetfeld von Spulen hingegen bildet in bestimmten Bereichen schon eher ein homogenes Feld. Die idealisierte Darstellung unten deutet an, in welchem Bereich einer Spule ein homogenes Magnetfeld überhaupt zu finden ist. In der Abbildung wurde die Stromrichtung (von + nach -) in dem Leiter verwendet.

Abbildungsquelle: Geek3, VFPt Solenoid correct2, CC BY-SA 3.0

Nur der Bereich innerhalb der Spule zeigt ein annähernd homogenes Magnetfeld. Das Magnetfeld ergibt sich aus der Überlagerung der Magnetfelder jedes einzelnen geraden Leiters wie es in Abb. 1 gezeigt wurde.

Das bedeutet aber auch, dass der Raum innerhalb der Spule luftgefüllt bleiben muss, damit ggf. Patienten dort auch platziert werden können.