Weber – Einheit des magnetischen Flusses
Der Weber (Wb) ist die Maßeinheit des magnetischen Flusses im Internationalen Einheitensystem (SI). Benannt nach dem deutschen Physiker Wilhelm Eduard Weber, der bedeutende Beiträge zum Bereich des Elektromagnetismus leistete, spielt der Weber eine zentrale Rolle in der Quantifizierung magnetischer Felder.
Magnetischer Fluss: Eine grundlegende Definition
Magnetischer Fluss ist eine skalare Größe, die das gesamte Magnetfeld durch eine gegebene Fläche darstellt. Er berücksichtigt sowohl die Stärke des Magnetfeldes als auch die Orientierung der Feldlinien in Bezug auf die Fläche. Ein Weber wird definiert als der magnetische Fluss, der, wenn er einen Stromkreis mit einer Windung durchdringt, eine elektromotorische Kraft von einem Volt erzeugt, während er gleichmäßig innerhalb einer Sekunde auf null reduziert wird. Kurz gesagt, 1 Wb = 1 V⋅s (Volt-Sekunde).
Mathematische Formulierung des magnetischen Flusses
Mathematisch wird der magnetische Fluss (Φ) als das Oberflächenintegral der magnetischen Flussdichte (B) über eine Fläche (A) definiert. Die Formel für den magnetischen Fluss lautet:
Φ = ∫∫ B • dA
Wobei:
- Φ der magnetische Fluss (gemessen in Weber, Wb) ist
- B der Magnetfeldvektor (gemessen in Tesla, T) ist
- dA der differentielle Flächenvektor (gemessen in Quadratmetern, m²) ist
- • das Skalarprodukt darstellt
Die Bedeutung des magnetischen Flusses
Magnetischer Fluss ist entscheidend für das Verständnis der elektromagnetischen Induktion, wie durch das Faradaysche Gesetz der elektromagnetischen Induktion beschrieben. Dieses Gesetz besagt, dass die in einer geschlossenen Schleife induzierte elektromotorische Kraft (EMK) proportional zur Änderungsrate des magnetischen Flusses durch die Schleife ist.
Beispiele für magnetische Flüsse
Im Folgenden sind drei Beispiele für magnetische Flüsse mit Werten in Weber aufgeführt:
- Ein kreisförmiger Loop mit einem Radius von 0,03 m in einem gleichförmigen Magnetfeld von 0,4 T, senkrecht zu den Feldlinien, hat einen magnetischen Fluss von: Φ = B * A = 0,4 T * (π * (0,03 m)²) ≈ 3,39 × 10⁻³ Wb
- Ein rechteckiger Loop mit einer Länge von 0,05 m und einer Breite von 0,03 m, parallel zu einem gleichförmigen Magnetfeld von 0,6 T ausgerichtet, hat einen magnetischen Fluss von: Φ = 0 Wb (da keine Magnetfeldlinien durch den Loop gehen)
- Ein gleichseitiger Dreiecks-Loop mit einer Seitenlänge von 0,04 m in einem gleichförmigen Magnetfeld von 0,8 T, senkrecht zu den Feldlinien, hat einen magnetischen Fluss von: Φ = B * A = 0,8 T * ( (0,04 m)² * √3 / 4) ≈ 2,21 × 10⁻³ Wb
