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Einheit
Weber (Wb), gleichwertig Voltsekunde (Vs)
Einfach erklärt
Der magnetische Fluss Φ beschreibt die „Gesamtmenge" an Magnetfeld, die durch eine bestimmte Fläche hindurchtritt. Er ergibt sich aus der magnetischen Flussdichte B multipliziert mit der durchsetzten Fläche A: Φ = B · A. Während die Flussdichte B angibt, wie stark das Magnetfeld an einer Stelle ist, sagt der Fluss Φ, wie viel davon insgesamt durch eine Spule oder einen Kern „fließt". Die Einheit ist Weber (Wb), was einer Voltsekunde (Vs) entspricht.
Merksatz: Fluss = Flussdichte mal Fläche. Ändert sich der Fluss durch eine Spule zeitlich, wird eine Spannung induziert – die Grundlage jedes Transformators und Generators.
Fortgeschrittene Erklärung
Der magnetische Fluss Φ ist definiert als das Flächenintegral der magnetischen Flussdichte B über eine gegebene Fläche A. Bei einem homogenen Feld senkrecht zur Fläche vereinfacht sich das Integral zu Φ = B·A. Die zentrale physikalische Bedeutung des magnetischen Flusses liegt im Faradayschen Induktionsgesetz: Eine zeitliche Änderung des Flusses durch eine Leiterschleife oder Spule induziert eine elektrische Spannung, U_ind = −N · dΦ/dt, wobei N die Windungszahl der Spule ist und das Minuszeichen (lenzsche Regel) angibt, dass die induzierte Spannung ihrer Ursache entgegenwirkt.
Dieser Zusammenhang ist die physikalische Grundlage von Transformatoren, Generatoren und Elektromotoren: In einem Transformator erzeugt der zeitlich veränderliche Fluss im gemeinsamen Eisenkern sowohl in der Primär- als auch in der Sekundärwicklung eine induzierte Spannung, deren Verhältnis dem Windungszahlverhältnis N₁/N₂ entspricht. Die Induktivität L einer Spule verknüpft den mit ihr verketteten Fluss (N·Φ) mit dem sie durchfließenden Strom I über L = N·Φ/I. In magnetischen Kreisen mit mehreren Abschnitten (z. B. Kern mit Luftspalt) bleibt der magnetische Fluss entlang des Kreises erhalten, ähnlich der Stromkontinuität im elektrischen Stromkreis (Analogie zum magnetischen Kreis mit magnetischem Widerstand/Reluktanz).
Fachlicher Hinweis: In realen Magnetkreisen tritt neben dem Nutzfluss auch Streufluss auf, der nicht vollständig mit allen Windungen verkettet ist. Für eine genaue Berechnung von Transformatoren und Spulen sind Streuinduktivitäten, Sättigung und Kernverluste zusätzlich zu berücksichtigen.
Wichtige Formeln und Zusammenhänge
B ist die magnetische Flussdichte in Tesla, A die durchsetzte Fläche in Quadratmetern. N ist die Windungszahl einer Spule, I der sie durchfließende Strom.
Beispiel und Vorgehensweise
Ein Transformatorkern mit Querschnitt A = 0,002 m² wird mit einer magnetischen Flussdichte von B = 1,5 T betrieben. Gesucht ist der magnetische Fluss durch den Kern.
- Gegebene Werte notieren: B = 1,5 T, A = 0,002 m².
- Formel wählen: Φ = B · A.
- Werte einsetzen: Φ = 1,5 T · 0,002 m².
- Ergebnis berechnen: Φ = 0,003 Wb = 3 mWb.
- Plausibilität prüfen: Werte im mWb-Bereich sind für kleine bis mittlere Transformatorkerne typisch.
Mit B = 1,5 T und A = 0,002 m² ergibt sich Φ = B·A = 1,5 T · 0,002 m² = 0,003 Wb. Ändert sich dieser Fluss z. B. sinusförmig mit 50 Hz zwischen +Φ und −Φ, lässt sich daraus über das Induktionsgesetz die in einer Wicklung mit gegebener Windungszahl induzierte Spannung abschätzen – das ist das Grundprinzip der Transformatorauslegung.
Für eine vollständige Berechnung der induzierten Spannung wären zusätzlich der zeitliche Verlauf des Flusses (z. B. sinusförmig mit Kreisfrequenz ω), die exakte Windungszahl und eventuelle Streuflussanteile zu berücksichtigen.
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Passende Rechner
Weiterführend
Passende Berechnungen findest du im Flussdichte-Rechner und im Transformator-Rechner. Eigene Tabellen und Übersichten gibt es im Tabellenbuch.