Magnetfeld-Rechner für einen geraden Leiter

Ein elektrischer Strom in einem geraden Leiter erzeugt ein Magnetfeld, das den Leiter kreisförmig umgibt. Ist der Leiter im Vergleich zum Beobachtungsabstand praktisch unendlich lang, hängt der Feldbetrag aufgrund der Symmetrie nur von Stromstärke, Abstand und magnetischer Permeabilität ab. Das Ampèresche Gesetz liefert B = μ₀μrI / (2πr). Im freien Raum ist die relative Permeabilität μr ungefähr eins. Für Strom in Ampere und Abstand in Metern vereinfacht sich der Ausdruck numerisch zu B = 2 × 10⁻⁷ I/r. Das Feld wächst proportional zur Stromstärke: Doppelter Strom bedeutet bei festem Abstand doppelte magnetische Flussdichte. Es nimmt umgekehrt proportional zum radialen Abstand ab: Doppelter Abstand halbiert das Feld. Die Richtung ist tangential zu einem gedachten Kreis um den Leiter. Bei der Rechte-Hand-Regel zeigt der Daumen in technische Stromrichtung; die gekrümmten Finger zeigen die Magnetfeldrichtung. Eine Stromumkehr kehrt die Richtung um, verändert aber bei Verwendung des Strombetrags nicht den berechneten Feldbetrag. Die relative Permeabilität beschreibt, wie ein lineares umgebendes Medium das Feld gegenüber dem Vakuum verändert. Für übliche Rechnungen wird Luft mit μr = 1 angesetzt. Manche Materialien haben eine höhere oder feldabhängige Permeabilität, doch dieses einfache Modell setzt ein homogenes, lineares, isotropes Medium voraus. Werte für ferromagnetische Materialien sind vorsichtig zu verwenden, da sie von Feldstärke, früherer Magnetisierung, Temperatur und Geometrie abhängen können. Der Rechner multipliziert das Vakuumergebnis mit der eingegebenen relativen Permeabilität und zeigt zum Vergleich Tesla und Mikrotesla an. Die Näherung eines unendlich langen Leiters eignet sich am besten, wenn der gerade Leiter in beide Richtungen um ein Vielfaches weiter reicht als der Beobachtungsabstand. Nahe Enden, Biegungen, Rückleitern oder endlichen Abschnitten liefert das Biot-Savart-Gesetz mit der tatsächlichen Geometrie bessere Ergebnisse. Zudem wird ein dünner Leiter angenommen: Der Abstand wird von der Mittelachse gemessen und sollte normalerweise größer als der Radius sein. Vektorfelder benachbarter Ströme sind nicht enthalten. Verwende durchgehend SI-Einheiten und rechne Zentimeter vor der Eingabe in Meter um. Unter Beachtung der geometrischen Annahmen eignet sich der Rechner für Elektromagnetismusaufgaben, erste Stromschienenabschätzungen, Sensorplatzierung und Größenordnungsprüfungen an Laborleitern.