Magnetismus A - Z

Magnetischer Widerstand

Was versteht man unter magnetischem Widerstand?

Der magnetische Widerstand ist ein Mass für den Widerstand, der magnetischen Feldlinien beim Fluss durch Materie entgegensteht. Ist der magnetische Widerstand hoch, so können magnetische Feldlinien nur schlecht durch das Material hindurchdringen. Der magnetische Widerstand ist dementsprechend umgekehrt proportional zur magnetischen Permeabilität (Durchlässigkeit) μ. Ferromagnetische Stoffe haben also einen sehr kleinen magnetischen Widerstand.
Im Magnetismus ist der sogenannte magnetische Fluss Φ die Entsprechung des elektrischen Stroms I der Elektrizität. Mit Hilfe der magnetischen Spannung Umag und dem magnetischen Fluss Φ kann also ein magnetischer Widerstand Rmag definiert werden über die Beziehung:
Umag=RmagΦ Dies entspricht dem Ohmschen Gesetz in der Elektrizitätslehre U=RI, wobei U die elektrische Spannung, I den elektrischen Strom und R den elektrischen (Ohmschen) Widerstand bezeichnet.
In Materialien mit grosser Permeabilität ("Durchlässigkeit") ist der magnetische Fluss sehr gross. Der magnetische Widerstand ist daher sehr klein. Dies gilt für ferromagnetische Materialien wie zum Beispiel Eisen.
Ein Supraleiter dagegen hat einen unendlich grossen magnetischen Widerstand. Der Supraleiter verdrängt den magnetischen Fluss vollständig aus seinem Innenraum. Es kann kein magnetisches Feld in einen Supraleiter eindringen. Die Permeabilität des Supraleiters ist Null.
Mit Hilfe der Vorstellung magnetischer Widerstände können wie in einem Stromkreis Reihen- und Parallelschaltungen verschiedener magnetischer Widerstände berechnet werden.
Beispielsweise kann man eine ringförmige Spule der Länge L mit einem Eisenkern und einem Luftspalt der Breite d betrachten. In dieser Spule ist das Magnetfeld im Inneren des Eisenkerns geringer als im Luftspalt. Die Feldstärke verhält sich hier indirekt proportional zur Permeabilität, also direkt proportional zum magnetischen Widerstand. Dies ist in völliger Analogie zum elektrischen Stromkreis. An grossen Widerständen herrscht ein grosses elektrisches Feld, weil am Widerstand eine grosse Spannung abfällt.
Eine lange ringförmige Spule mit einem Eisenkern stellt einen magnetischen Widerstand dar. Ein Luftspalt bildet ebenso einen magnetischen Widerstand. Da die magnetische Permeabilität der Luft wesentlich kleiner ist als die Permeabilität des Eisens, ist der magnetische Widerstand des Luftspaltes grösser als der Widerstand des Eisenkerns. Wird der Luftspalt kleiner gemacht, sinkt der Widerstand des Luftspaltes.
Die magnetische Spannung, die dem Luftspalt zuzuordnen ist, ist wie der magnetische Widerstand entsprechend gross. Sie ist näherungsweise das Produkt aus Magnetfeld und Spaltbreite d:
\(U_{magnetisch,Luftspalt}=H_{Luft}\cdot{d}=\frac{B}{\mu_0\mu_{Luft}}\cdot{d}\).
Die magnetische Spannung der Spule (mit Eisenkern) beträgt dagegen:
\(U_{magnetisch,Spule}=H_{Spule}\cdot{L}=\frac{B}{\mu_0\mu_{Eisen}}\cdot{L}\).
Der magnetische Fluss ist im Eisenkern wie auch im Luftspalt gleich gross. Er läuft durch die Querschnittsfläche A und beträgt
\(\Phi=B\cdot{A}\).
Für den magnetischen Widerstand der Eisenkernspule gilt folglich:
\(R_{magnetisch,Spule}=\frac{U_{magnetisch,Spule}}{\Phi}=\frac{1}{\mu_0\mu_{Eisen}}\cdot\frac{L}{A}\).
Während der magnetische Widerstand des Luftspaltes durch
\(R_{magnetisch,Luftspalt}=\frac{U_{magnetisch,Luftspalt}}{\Phi}=\frac{1}{\mu_0\mu_{Luft}}\cdot\frac{d}{A}\)
gegeben ist. Je "länger" also ein Element des magnetischen Serienkreises ist, desto grösser ist der zugehörige magnetische Widerstand.
Je grösser die Permeabilität μ und die Querschnittsfläche des Bauelementes A ist, desto kleiner ist der magnetische Widerstand.
Wie in einem elektrischen Stromkreis in Reihenschaltung die Widerstände der hintereinandergeschalteten Bauteile addiert werden müssen, um den Gesamtwiderstand des Stromkreises zu erhalten, so gewinnt man den gesamten magnetischen Widerstand des gezeigten magnetischen Kreises ebenso durch Addition der magnetischen Widerstände der Einzelkomponenten. Für die gezeigte Ringspule mit Luftspalt gilt folglich:
\(R_{magnetisch}=R_{magnetisch,Spule}+R_{magnetisch,Luftspalt}\).
Im elektrischen wie auch im magnetischen Fall fällt eine Spannung an den Widerständen ab, die proportional zum jeweiligen Widerstand ist.
Ebenso könnte man magnetische Komponenten parallel schalten. In diesem Fall addieren sich wie in einem elektrischen Parallelkreis die magnetischen Widerstände reziprok.
Das bedeutet, dass der Gesamtwiderstand durch Parallelschaltung im Vergleich zu den Einzelkomponenten sinkt.

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