Magnetische Feldstärke
Die magnetische Feldstärke H beschreibt, wie stark ein Magnetfeld von einem elektrischen Strom erzeugt wird. Ihre Einheit ist Ampere pro Meter (A/m). Sie ist das magnetische Gegenstück zur elektrischen Feldstärke, die von elektrischen Spannungen ausgeht. Beide zusammen bilden das elektromagnetische Feld.
Im Alltag und in den Grenzwerten taucht meist eine verwandte Größe auf: die magnetische Flussdichte B in Tesla (T). Sie beschreibt, wie stark das Feld auf Ströme und Magnete wirkt, und hängt vom Material ab, in dem das Feld verläuft. Messgeräte für Magnetfelder zeigen in der Regel die Flussdichte an, oft in Mikrotesla (µT).
Feldstärke und Flussdichte
| Magnetische Feldstärke | Magnetische Flussdichte | |
|---|---|---|
| Formelzeichen | H | B |
| Einheit | A/m | T (Tesla) = Vs/m² |
| beschreibt | Ursache: das vom Strom erzeugte Feld | Wirkung: Kraft auf Ströme und Magnete |
| ältere Einheit | Oersted (1 Oe ≈ 79,6 A/m) | Gauß (1 G = 100 µT) |
Verbunden sind beide über die Permeabilität:
B = µ0 · µr · H
µ0 ist die magnetische Feldkonstante, rund 1,2566 · 10⁻⁶ Vs/(Am). µr ist die Permeabilitätszahl des Materials: In Luft, Wasser und Körpergewebe ist sie praktisch 1, in Eisen mehrere hundert bis tausend. Darum bündeln Eisenkerne in Transformatoren das Feld. In Luft gilt als Faustregel: 1 A/m entspricht rund 1,26 µT, 80 A/m rund 100 µT.
Formeln für typische Fälle
Gerader Leiter: Um einen langen, geraden Leiter mit dem Strom I bildet das Feld Kreise. Im Abstand r gilt:
H = I / (2π · r)
Ein Leiter mit 100 A erzeugt in 1 m Abstand rund 16 A/m, also etwa 20 µT. Bei doppeltem Abstand halbiert sich der Wert. Bei Kabeln mit Hin- und Rückleiter heben sich die Felder großteils auf, darum sind Magnetfelder an gut verlegten Kabeln klein.
Lange Spule: Im Inneren einer Spule mit N Windungen auf der Länge l:
H = N · I / l
Die Feldstärke wächst mit Windungszahl und Strom. Das Prinzip steckt in Relais, Elektromagneten und Transformatoren.
Größenordnungen
| Quelle | Flussdichte |
|---|---|
| Erdmagnetfeld in Deutschland | rund 50 µT (Gleichfeld) |
| unter einer 380-kV-Freileitung | einige bis rund 20 µT, je nach Last |
| Haushaltsgeräte in wenigen Zentimetern Abstand | bis einige 100 µT, nach einem Meter meist unter 1 µT |
| Neodym-Magnet an der Oberfläche | rund 1 T |
| Magnetresonanztomograph | 1,5 bis 3 T |
Grenzwerte
Für ortsfeste Anlagen wie Stromleitungen, Umspannwerke und Bahnstromanlagen legt die 26. BImSchV Grenzwerte fest, als Flussdichte:
| Anlage | Frequenz | Grenzwert |
|---|---|---|
| Stromnetz, Umspannwerke | 50 Hz | 100 µT |
| Bahnstrom | 16,7 Hz | 300 µT |
| Gleichstromanlagen | 0 Hz | 500 µT |
Bei hochfrequenten Feldern, etwa von Mobilfunkantennen, nennt die Verordnung neben der elektrischen auch die magnetische Feldstärke in A/m. Im Fernfeld einer Antenne stehen beide in einem festen Verhältnis von rund 377 Ω zueinander, darum genügt dort meist die Messung der elektrischen Feldstärke oder der Leistungsflussdichte.