Magnetismus und Elektrostatik - ein Vergleich

Magnetfeld

elektrisches Feld

Eine magnetisierte Stricknadel wird durch ein Stück Kork gesteckt. Ein Aquarium wird so weit mit Wasser gefüllt, dass die Nadel mit dem Kork schwimmen kann und leicht beweglich ist.
Der Südpol der Stricknadel wird so weit unter Wasser "verbannt", dass die Kräfte des Stabmagneten auf ihn viel kleiner sind als die Kräfte auf den Nordpol an der Oberfläche, daher können die Kräfte auf den Südpol vernachlässigt werden.
Wir haben auf diese Art und Weise etwas gemacht, was es eigentlich nicht gibt - praktisch einen magnetischen "Einzelpol" - den Probenordpol.

Der Probenordpol wird vom Nordpol des Stabmagneten abgestoßen und gleichzeitig vom Südpol des Stabmagneten angezogen. Durch das Zusammenwirken dieser beiden Kräfte macht er eine bogenförmige Bahn - er folgt einer magnetischen Feldlinie. Wiederholt man den Versuch mehrmals, so bekommt man jedes Mal eine etwas andere Bahn, insgesamt ergibt sich dann ein Feldlinienbild.

Dieser Versuch ist eher ein Gedankenexperiment. In der Praxis sind die Kräfte so klein, dass er nicht wirklich gut funktioniert.

Ein leichter Tischtennisball, der mit einer Grafitschicht überzogen wurde, wird positiv geladen. Damit er sich im Wasser nicht entlädt, wird er auf eine isolierende Styroporschicht gesetzt, die ihn trägt.
Die Anordnung kommt wieder in das wassergefüllte Aquarium.

Der Tischtennisball (positive Probeladung) wird von der positiv geladenen Kugel abgestoßen und gleichzeitig von der negativ geladenen Kugel angezogen. Durch das Zusammenwirken dieser beiden Kräfte macht er eine bogenförmige Bahn - er folgt einer elektrischen Feldlinie. Wiederholt man den Versuch mehrmals, so bekommt man jedes Mal eine etwas andere Bahn, insgesamt ergibt sich dann ein Feldlinienbild.

In einem Magnetfeld werden die Elementarmagnete im Eisenfeilspan geordnet.
Der Span wird dadurch zum magnetischen Dipol, der sich wie eine Kompassnadel im Magnetfeld ausrichten kann.

In einem elektrischen Feld werden die Ladungsschwerpunkte verschoben, die Elektronen im Grießkorn werden von der negativen Ladung etwas nach rechts verschoben, es bildet sich ein elektrischer Dipol, der sich im elektrischen Feld ausrichten kann. Das Grießkorn ist sozusagen eine "elektrische Kompassnadel".

So sieht das Magnetfeld eines Stabmagneten - sichtbar gemacht mit Eisenfeilspänen - aus.
Die Feldlinienrichtung sieht man den Eisenfeilspänen nicht an.

Das ist das Feld zwischen zwei Punktladungen - sichtbar gemacht mit Grießkörnern.
Auch hier ist nur der Verlauf, nicht aber die Feldrichtung erkennbar.

Im Raum zwischen den Schenkeln eines Hufeisenmagneten entsteht ein homogenes Magnetfeld (hier mit kleinen Kompassnadeln veranschaulicht).

In einem homogenen Magnetfeld

• sind die Feldlinien parallel
• ist die Stärke des Feldes (Dichte der Feldlinien) überall gleich groß.

Im Raum zwischen zwei parallelen Metallplatten (Plattenkondensator) entsteht ein homogenes elektrisches Feld.

In einem homogenen elektrischen Feld

• sind die Feldlinien parallel
• ist die Stärke des Feldes (Dichte der Feldlinien) überall gleich groß.

Einen Feldverlauf, wie im elektrischen Fall (rechts) kann es im magnetischen Fall nicht geben, denn es gibt keine magnetischen Einzelpole.

Von einer punktförmigen Ladung gehen die Feldlinien strahlenförmig aus. Sie enden an Influenzladungen an einer Begrenzung, z.B. einer Petrischale. Dort werden - wie in den Grießkörnern - Ladungsschwerpunkte verschoben, so dass die Innenseite z.B. negativ erscheint (vgl. Skizze).