Bildquelle: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f3/Magnetosphere_rendition.jpg
Das Erdmagnetfeld ist für das Leben auf der Erde essentiell. Es schützt uns vor dem Sonnenwind, deren elektrisch geladenen Teilchen ohne Magnetfeld ungehindert auf die Erde treffen würden. So werden sie aufgrund der Lorentzkraft abgelenkt und gelangen nur an den Magnetpolen näher zur Erdoberfläche (Stichwort Nordlichter).
In Graz beträgt die magnetische Flussdichte des Erdmagnetfelds rund 45 µT. Die Stärke lässt sich mittels einer sog. Tangentenbussole sehr leicht experimentell bestimmen. Man benötigt hierfür lediglich eine längere Spule, eine verstellbare Stromquelle und einen kleinen Kompass. Den Kompass postiert man an einem Ende der Spule. Diese wird genau in Ost-West-Richtung ausgerichtet. Ohne Strom zeigt die Kompassnadel natürlich genau nach Norden:
Schaltet man aber nun den Strom durch die Spule ein, so erhält das Magnetfeld auch eine Ost-West-Komponente und die Kompassnadel ändert ihre Ausrichtung mit zunehmender Stromstärke immer mehr in Richtung Ost-West:
Bei einer bestimmten Stromstärke zeigt die Nadel genau nach Nord-West oder Nord-Ost. In diesem Fall ist das Spulenmagnetfeld BSpule gleich groß wie die horizontale Komponente des Erdmagnetfelds BErde. Kennt man durch die gegebene Stromstärke die Flussdichte der Spule an ihrem Ende, so kann man ganz einfach auf die Stärke des Erdmagnetfelds schließen.
Die Flussdichte einer langen Spule beträgt ja im Inneren B = μ0 · n · I / L (μ0 … magnetische Feldkonstante, n … Anzahl der Windungen, I … Stromstärke, L … Länge der Spule). An den Enden der Spule beträgt die Flussdichte nur noch die Hälfte jenes Werts in der Mitte, also BSpule = 1/2 · μ0 · n · I / L. Kennt man n, I und L, kann man so sehr einfach das Magnetfeld der Spule berechnen.
Den geringen Strom durch die Spule stelle ich mit einem LM317 geschalten als Stromregler ein. Bei Verwendung eines 10 Ω Widerstands und eines 100 Ω Potentiometers liegt der einstellbare Strom ca. zwischen 10 mA und 120 mA.
In meinem konkreten Fall orientierte sich die Kompassnadel bei einer Stromstärke von 35.3 mA genau in NORD-WEST-Richtung.
Daher gilt für die Flussdichte des Erdmagnetfelds:
Dieser Wert von 34.5 µT entspricht der horizontalen Komponente des Erdmagnetfelds am Ort der Messung. Er stimmt einigermaßen gut mit dem tatsächlichen Wert für meinen Standort Graz überein. 😉
Das Youtube-Video reiche ich wie immer nach…
