Kraft auf den stromdurchflossenen Leiter
Das Experiment zu einem stromdurchflossenen Leiter in einem Magnetfeld ist ein klassisches Beispiel, um das Zusammenspiel von Elektrizität und Magnetismus zu demonstrieren und zu untersuchen. Dieses Experiment veranschaulicht die Lorentz-Kraft und hilft, das Konzept des Magnetfelds (B-Feld) im Gegensatz zum elektrischen Feld (E-Feld) zu verstehen.
Experimentaufbau:
Stromdurchflossener Leiter: Ein gerader Leiter wird so positioniert, dass er Strom führen kann. Dieser Leiter könnte ein einfacher Draht oder eine Spule sein.
Magnetfeld: Um den Leiter wird ein Magnetfeld erzeugt. Dies kann durch permanente Magnete oder durch eine Helmholtz-Spule, die ein gleichmäßiges Magnetfeld erzeugt, realisiert werden.
Stromquelle: Eine Stromquelle (z.B. eine Batterie) wird verwendet, um einen elektrischen Strom durch den Leiter zu schicken.
Messinstrumente: Geräte wie Amperemeter und Voltmeter können eingesetzt werden, um Stromstärke und Spannung zu messen.
Durchführung:
- Strom wird durch den Leiter geschickt.
Beobachtungen:
Deutung:
Wenn der Strom durch den Leiter fließt, erfährt dieser eine Kraft aufgrund des externen Magnetfelds. Die Richtung dieser Kraft kann mit der Rechten-Hand-Regel bestimmt werden (s. unten).
Der stromdurchflossene Leiter erfährt eine Kraft, die senkrecht sowohl zur Richtung des Stroms als auch zur Richtung des Magnetfelds steht. Diese Kraft ist als Lorentz-Kraft bekannt.
Die Stärke der Kraft hängt von der Stärke des Stroms, der Länge des Leiters im Magnetfeld und der Stärke des Magnetfelds ab.
Schlussfolgerungen:
Dieses Experiment zeigt, wie ein Magnetfeld auf bewegte Ladungen (stromdurchflossener Leiter) wirkt und wie dies von der Wirkung eines elektrischen Felds auf ruhende Ladungen unterschieden wird. Es veranschaulicht die grundlegenden Konzepte des Elektromagnetismus und ist fundamental für das Verständnis von Geräten wie Elektromotoren und Generatoren.
Linkehandregel
Daumen, Zeigefinger und Mittelfinger werden so abgespreizt, dass sie sich im rechten Winkel zueinander befinden.
Der Daumen zeigt in Richtung der Elektronenbewegung
der Zeigefinger in Richtung des B-Feldes
und der Mittelfinger in Richtung der Lorentzkraft.
Wenn du die technische Stromrichtung nutzt, musst du die rechte Hand nehmen.
Unterschied zwischen B-Feld und E-Feld:
Magnetfeld (B-Feld): Wird durch bewegte elektrische Ladungen (wie in einem stromdurchflossenen Leiter) oder durch magnetische Materialien erzeugt. Das B-Feld ist ein Vektorfeld, das eine Richtung und eine Stärke hat und durch magnetische Feldlinien dargestellt wird. In diesem Experiment wird das Magnetfeld durch die extern angelegten Magnete oder die Spule erzeugt.
Elektrisches Feld (E-Feld): Wird durch elektrische Ladungen erzeugt und wirkt auf andere Ladungen. Es ist auch ein Vektorfeld und wird durch elektrische Feldlinien dargestellt.
