Magnetfeld HELMHOTZ Spule

Schlagwörter: Magnetfeld, Helmholtz Spulen, Spulenpaar, homogenes Magnetfeld

Das HELMHOLTZ Spulenpaar besteht aus zwei identischen Spulen. Wenn diese Spulen im Abstand r (r=Spulenradius) voneinander aufgebaut sind, dann existiert zwischen ihnen ein nahezu homogenes Magnetfeld. ♦Abb. 02

Die Magnetfelder der Spulen 1 und 2 überlagern sich zu einem Gesamtmagnetfeld. ♦Abb. 03

In der folgenden GeoGebra Animation können der Abstand der Spulen und ihr Radius variiert und die Einflüsse auf das resultierende Magnetfeld beobachtet werden.

Abb. 02
Abb. 03

GeoGebra

Stärke des Magnetfelds

Wenn die Spulen im Abstand r aufgebaut sind, dann lässt sich die Stärke des Magnetfeldes mit Hilfe des gemessenen Stroms berechnen.  

{\huge {{B}_{Helmholtz}}=\,{{\mu }_{0}}\cdot \frac{I\,\cdot \,N}{r}\,\cdot (0,715)}

  • µ0 – magnetische Feldkonstante
  • I – Spulenstrom
  • r – Spulenradius und Abstand der Spulen
  • 0,715 – Korrekturfaktor

Anschluss der Spulen

Um einen gleichen Strom durch beide Spulen zu gewährleisten, sollten diese in Reihe geschaltet werden. Theoretisch ist es auch möglich, die Spulen parallel zu schalten. Da jedoch kein identischer Widerstand beider Spulen gewährleistet werden kann,  würden sich in einer Parallelschaltung die Ströme durch die Spulen und somit die Magnetfelder unterscheiden. Das würde die angestrebte Homogenität des Magnetfeldes beeinträchtigen.

Stromversorgung

Als Stromversorgung bzw. Spannungsquelle sollte eine Batterie verwendet werden. Nur Batterien liefern eine saubere Gleichspannung. Netzgeräte realisieren den Gleichstrom über verschiedene Gleichrichterschaltungen. Dabei können gute Qualitäten erreicht werden. Trotzdem wird es kein exakter Gleichstrom. Das Ausgangssignal wird mehr oder weniger stark pulsieren. Dieser pulsierende Gleichstrom hat auch Einfluss auf das Magnetfeld der Spule. Dieses wird in der Folge auch in der Netzfrequenz zeitlich pulsieren.