Magnetfeld undMagnetosphäre der Erde - Einfuhrung in die Geophysik - page 189

Kasten 5.2 Welche Größe beschreibt das Magnetfeld - B oder H?

Bereits im Jahr 1948 erläuterte Arnold Sommerfeld
gleich zu Beginn der ersten Auflage seines Lehrbuchs
über Elektrodynamik (Sommerfeld 1963 ) einfach und
klar die physikalische Bedeutung von Magnetfeld und
magnetischer Erregung und welche Analogien zur elek-
trischen Feldstärke E und elektrischen Erregung D beste-
hen. Er bemerkt dort aber auch, dass er zwar selbst B bzw.
D als magnetische Feldstärke bzw. elektrische Erregung
bezeichnet, sich aber dem allgemeinen Sprachgebrauch
anschließen und diese Größen auch als magnetische In-
duktion bzw. dielektrische Verschiebung bezeichnen wür-
de.

Damit wird hier auch die Rolle der elektrischen Erre-
gung D deutlich, welche die durch Ladungskonzentratio-
nen hervorgerufenen Polarisationseffekte beschreibt.
Für die magnetischen Felder fehlt zunächst die Di-
mension einer magnetischen Ladung. Diese wird als
magnetische Polstärke p definiert, welche Sommerfeld
aus der Gleichheit der Dipolmomente eines magnetischen
Dipols der Polstärke p und Länge d einerseits und eines
Kreisstromes der Stromstärke I um eine Fläche F ande-
rerseits ableitet: p d D I F. Damit folgt für die Dimension
der Polstärke:

Am 2 m D Am
Hiermit ergeben sich die Dimensionen von magnetischer
Feldstärke und Erregung zu:

Œ Stromstärke Œ Fläche

Πp D D

ΠAbstand

Etwa 50 Jahre danach scheint sich Sommerfelds logi-
sche Begriffsbildung nun auch in den Lehrbüchern der
Experimentalphysik durchgesetzt zu haben (z. B. Me-
schede 2006 , Raith 1999 ) . Richard Feynman hatte be-
reits in seinem Lehrbuch über Elektromagnetik (Feynman
et al. 1964 ) vollständig auf die Verwendung von D und
H verzichtet und die beiden Größen mit entsprechenden
Vorfaktoren jeweils durch E und B ausgedrückt. Auch
der Physik-Nobelpreisträger von 1952, Edward Purcell,
verwendet in seinem Buch über Elektrizität und Magne-
tismus (Purcell 1984 ) den Begriff „magnetische Feld-
stärke“ für B , obwohl dies von den Empfehlungen der
International Union of Pure and Applied Physics (IUPAP)
abweicht. Mittlerweile befindet sich Arnold Sommer-
feld mit seinen Überlegungen also in bester Gesellschaft.
Ausgangspunkt von Sommerfelds Überlegungen sind die
Definitionen für Feldstärke B bzw. Erregung H als Quo-
tienten aus Kraft und Ladung bzw. Ladung und Fläche:

ΠKraft
Œ Polstärke D

N
Am D

AsV = m
Am

Œ Feldstärke D

Vs
m 2

D D T D ΠB I

Œ Polstärke
Œ Fläche

Am
m 2

A
m D ΠH :

ΠErregung D D D

Tabelle 5.1 fasst die Bezeichnung und physikalische
Bedeutung der jeweiligen Felder zusammen. Danach be-
sitzt B die Dimension der magnetischen Feldstärke und
H jene der magnetischen Erregung. Die Frage, ob nun
B oder H die Magnetfeldstärke sei, ist also schon seit
Jahrzehnten geklärt. Trotzdem wurde und wird immer
wieder darüber diskutiert. Auch unter sehr guten Wis-
senschaftlern finden sich solche, die weiterhin an H als
magnetische Feldstärke festhalten. Manche behaupten,
dies sei egal, da man Feldstärke und Erregung ineinan-
der umrechnen kann. So entstand auch die Behauptung,
Physiker hätten hier eine der Grundregeln der Physik
missachtet, für eine Größe immer nur ein Symbol zu ver-
wenden. Jedenfalls spielte die Unterscheidung im alten
CGS-System keine große Rolle, wo zwar für magneti-
sche Feldstärke und Erregung die Einheiten Gauß und
Oerstedt verwendet werden, diese jedoch hinsichtlich ih-
rer Dimensionen identisch sind - ein weiterer Hinweis
darauf, wie sinnvoll die Verwendung des SI-Systems ist.

Feldstärke D Kraft/Ladung;
Erregung D Ladung/Fläche :

Für die elektrische Feldstärke E und Erregung D ergibt
dies die folgenden Einheiten:

ΠKraft
ΠLadung D

N
C D

. As / V = m
As

Œ Feldstärke D

V
m D ΠE I

D

Ladung
Fläche D

C
m 2

As
m 2

ΠErregung D D D ΠD :

erste ist eine Eigenschaft des Materials selbst, während die
zweite durch ein äußeres Feld imMaterial hervorgerufen (in-
duziert) wird.
Die Magnetisierung J eines Körpers wird definiert als
Quotient aus seinem magnetischem Moment M und seinem
Vo l u m e n :

Ein Dipol der Polstärke p und Länge • s besitzt ein magneti-
sches Moment

M D p • s : (5.9)

Damit folgt für seine Magnetisierung: J D p • s = V. Be-
zeichnet A die Querschnittsfläche des Dipols und ( A den
entsprechenden Normalenvektor) so ergibt sich hieraus die J D M = V : (5.8)