Magnetfeldrechner (Draht, Schleife, Spule und Toroid)

Gib deine Werte ein. Ergebnis und vollständiger Lösungsweg aktualisieren sich während der Eingabe.

Ergebnis

Magnetfeld B5,027 mT
Magnetfeld B50,27 G
Im Vergleich zum Erdfeld (etwa 50 µT)100,5 ×

Berechne die magnetische Flussdichte B, die ein Strom erzeugt: um einen langen geraden Draht, im Mittelpunkt einer Kreisschleife oder Spule, im Inneren einer langen Zylinderspule und im Inneren eines Toroids, optional mit Eisenkern. Ein fünfter Modus liefert die Kraft auf einen stromdurchflossenen Draht in einem Magnetfeld. Die Ergebnisse sind in Tesla und Gauß angegeben und werden mit dem Erdmagnetfeld verglichen.

Schritt-für-Schritt-Lösung

Magnetische Feldkonstante

μ₀ = 4π × 10⁻⁷ T·m/A

Im Inneren einer langen Spule

n = N/L = 500/0,25 = 2000 Windungen pro Meter
B = μ₀·μr·n·I = 4π × 10⁻⁷·1·2000·2 = 5,027 mT
Das Feld im Inneren ist nahezu homogen und hängt nicht vom Radius ab; an den Enden fällt es auf etwa die Hälfte.

Wichtige Formeln

Langer gerader Draht
B = μ0I/(2πr)
Mittelpunkt einer flachen Spule
B = μ0NI/(2R)
Lange Spule
B = μ0nI, n = N/L
Konstante
μ0 = 4π × 10⁻⁷ T·m/A
Kraft auf einen Draht
F = BIL·sin θ
Kraft auf eine Ladung
F = |q|vB·sin θ
Kreisbewegung
r = mv/(|q|B), T = 2πm/(|q|B)
Parallele Drähte
F/L = μ0I1I2/(2πd)
Fluss
Φ = BA·cos θ
Faradaysches Induktionsgesetz
ε = −N·ΔΦ/Δt
Bewegter Stab
ε = BLv
Generator
E0 = NBAω, Erms = E0/√2
Induktivität
ε = L·ΔI/Δt, L = μ0N²A/l, W = ½LI²
Gegeninduktivität
ε2 = M·di1/dt, M = k√(L1L2)
Geschwindigkeitsfilter und Spektrometer
v = E/B, r = √(2mV/|q|)/B

So berechnest du das Magnetfeld eines Stroms

  1. Verwende die magnetische Feldkonstante μ₀ = 4π × 10⁻⁷ T·m/A und rechne alle Längen in Meter um.
  2. Langer gerader Draht: B = μ₀·I/(2π·r) im Abstand r. Die Feldlinien sind Kreise um den Draht (Rechte-Hand-Regel).
  3. Mittelpunkt einer Kreisschleife mit N Windungen: B = μ₀·N·I/(2R).
  4. Lange Zylinderspule: B = μ₀·μr·n·I mit n = N/L Windungen pro Meter; das Feld im Inneren ist nahezu homogen. Toroid: B = μ₀·μr·N·I/(2π·r).
  5. Kraft auf einen geraden Draht in einem Feld: F = B·I·L·sin θ, wobei θ der Winkel zwischen Draht und Feld ist.

Fragen und Antworten

Was ist der Unterschied zwischen Tesla und Gauß?

Beide messen die magnetische Flussdichte. Das Tesla ist die SI-Einheit, und 1 T = 10 000 Gauß. Das Erdmagnetfeld beträgt etwa 50 µT oder 0,5 G; ein Kühlschrankmagnet liegt bei etwa 5 mT und ein MRT-Gerät bei 1,5 bis 3 T.

Warum erhöht ein Eisenkern das Feld?

Eisen hat eine große relative Permeabilität μr, oft mehrere Tausend, und vervielfacht so das Feld. Eisen sättigt aber bei etwa 1,5 bis 2 T, darüber überschätzt die einfache Formel das Feld.

Wie genau ist die Formel für die Zylinderspule?

Sie ist für eine unendlich lange Zylinderspule exakt. Bei einer realen Spule ist sie in der Mitte gut, wenn die Länge viel größer als der Radius ist; an den Enden fällt das Feld auf etwa die Hälfte ab.

In welche Richtung wirkt die Kraft auf einen Draht?

Senkrecht zu Draht und Feld, gegeben durch die Rechte-Hand-Regel (oder die Linke-Hand-Regel nach Fleming). Sie ist am größten, wenn der Draht senkrecht zum Feld steht, und null, wenn er entlang des Feldes verläuft.

Übe es selbst

Magnetfelder & Induktion üben

Ein Rechner liefert das Ergebnis. In der Prüfung brauchst du die Methode: Übe sie mit neuen Aufgaben, Tipps und Musterlösungen.

</> Embed

Free for teachers and schools: paste this code into your course page, LMS or website. Students can use the calculator and its worked solution without an account.

Weitere Rechner