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Ausrichtung des Felds

Bisher haben wir nur Leiter betrachtet, die eine gerade Linie bilden. Das Feld, das den Leiter umgibt, ist kreisförmig. Das ist für einen Antrieb nicht hilfreich. Es wäre besser, wenn das Feld in eine Richtung ausgerichtet wäre. Deshalb ändern wir im nächsten Schritt die Ausrichtung des Leiters. Wenn der stromdurchflossene Leiter kreisförmig angeordnet ist, dann bildet sich folgendes Feld aus:

Leiterschleife mit Strom I: Feldlinien zeigen außen aus der Ebene heraus und innen in die Ebene hinein

Die Leiterschleife ist in grau dargestellt. Darin fließt der Strom I. Es stellt sich ein Feld ein, das ringförmig um den Leiter herum verläuft. Das Feld hat die Form eines Donuts. Die Richtung der Feldlinien ermitteln Sie mit der Rechte-Hand-Regel.

Es ist zur Vereinfachung jeweils nur eine Feldlinie pro Position auf der Leiterschleife dargestellt. Natürlich sind auch weiter im Raum und näher am Leiter weitere Feldlinien vorhanden. Insgesamt verläuft das Feld in der Mitte der Leiterschleife in die Betrachtungsebene hinein. Außerhalb der Leiterschleife kommt es aus der Betrachtungsebene heraus. Für diese Richtungen werden wieder folgende Symbole verwendet:

⊙ Aus der Betrachtungsebene heraus (Pfeilspitze)
⊗ In die Betrachtungsebene hinein (Pfeilschaft)

Mit einer Leiterschleife schaffen wir es, dass das Feld innen in die eine Richtung und außen in eine andere Richtung verläuft. Wenn wir jetzt mehrere Leiterschleifen hintereinander setzen ergibt sich folgendes Feld:

Drei Leiterschleifen nebeneinander: Feldanteile zwischen den Windungen heben sich auf, innen addieren sie sich

Es ist nur eine exemplarische Feldlinie pro Leiterschleife dargestellt. Die Feldlinien im innerhalb und außerhalb der Leiterschleifen (schwarze Pfeile) weisen innen alle nach rechts. Außen weisen sie alle nach links. Die in grün dargestellten Feldlinien zwischen den Leiterschleifen verlaufen jeweils gegenläufig. Da magnetische Felder genauso wie elektrische Felder dem Prinzip der Überlagerung unterliegen, werden Felder unterschiedlicher Quellen addiert. Die in grün dargestellten Feldanteile werden durch die Addition ausgelöscht, weil die die gleiche Intensität und unterschiedliches Vorzeichen (Richtung) aufweisen. Es bleibt also nur ein inneres und ein äußeres Feld:

Spule aus drei Windungen: inneres Feld in eine Richtung, äußeres Feld in Gegenrichtung

Wir wollen für mehrere Leiterschleifen nicht jedes Mal neu Strom bereitstellen. Deshalb schalten wir die Schleifen elektrisch in Reihe. Wir erhalten eine Spule:

Feldlinienbild einer langgestreckten Spule: gerichtetes Feld im Inneren, Rückschluss außen

Wenn die Schleifen hinreichend eng zusammen liegen, dann erhalten wir in der Mitte ein Feld, das nach rechts weist. Im Außenbereich weist das Feld nach links. Die Feldlinien sind geschlossen. Sie bilden Ovale. Im Innenbereich ist das Feld geführt. Die Feldlinien weisen innen alle in eine Richtung. Sie verlaufen nahezu parallel und sind nahezu homogen (konstante Feldliniendichte). Das Feld im Innenbereich einer Spule kann man also technisch gut nutzen.