Kraft auf Leiter und Ladungen im Magnetfeld
Auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld wirkt eine Kraft. Sie steht senkrecht zum Strom und senkrecht zum Feld. Man nennt sie Lorentzkraft.
Das lernst du heute
- Ich kann beschreiben, wovon die Kraft im Magnetfeld abhängt.
- Ich kann die Kraftrichtung mit der Drei-Finger-Regel bestimmen.
- Ich kann die Bahn geladener Teilchen im Magnetfeld qualitativ beschreiben.
Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst eine dieser Lektionen: Magnetfelder von Leiter und Spule, Spannung und Stromstärke im Modell
Eine Leiterschaukel ist ein beweglich aufgehängter Draht. Sie hängt zwischen den Polen eines Hufeisenmagneten. Fließt Strom, schwingt der Draht zur Seite. Auf bewegte Ladungen im Magnetfeld wirkt eine Kraft. Man nennt sie Lorentzkraft. Sie steht senkrecht zur Bewegungsrichtung und senkrecht zu den Feldlinien. Die Drei-Finger-Regel der rechten Hand hilft bei der Richtung. Der Daumen zeigt die Ursache, die technische Stromrichtung. Der Zeigefinger zeigt die Vermittlung, das Magnetfeld vom Nordpol zum Südpol. Der Mittelfinger zeigt die Wirkung, die Kraft. Mit der linken Hand und der Bewegungsrichtung der Elektronen erhältst du dasselbe Ergebnis. Die Kraft wird größer bei größerer Stromstärke, bei einem stärkeren Magnetfeld und bei einem längeren Leiterstück im Feld. Verläuft der Leiter parallel zu den Feldlinien, wirkt keine Kraft. Kehrt man den Strom um, kehrt sich die Kraft um. Die Kraft wirkt immer senkrecht zur Bewegung. Deshalb ändert sie die Richtung eines Teilchens. Schneller oder langsamer wird es nicht. Geladene Teilchen laufen im Magnetfeld auf gebogenen Bahnen. So lenkt das Erdmagnetfeld Teilchen vom Sonnenwind ab. Sie strömen zu den Polen und lassen die Polarlichter leuchten. Versuche mit der Leiterschaukel macht die Lehrkraft im Fachraum.
| Finger der rechten Hand | Bedeutung |
|---|---|
| Daumen | Ursache: technische Stromrichtung |
| Zeigefinger | Vermittlung: Magnetfeld (N nach S) |
| Mittelfinger | Wirkung: Kraft |
Die Richtung der Kraft bestimmen
- Das Magnetfeld zeigt nach rechts.
- Der Strom fließt in dem Draht nach oben.
- Daumen nach oben, Zeigefinger nach rechts.
- Der Mittelfinger zeigt vom Betrachter weg in das Blatt hinein. Dorthin wirkt die Kraft.
- Kehrt man den Strom um, wirkt die Kraft zum Betrachter hin.
Ich verstehe das noch nicht
Such dir aus, was dir hilft.
Noch einfacher erklärt
Strom im Magnetfeld: Der Draht bewegt sich.
Die Kraft steht senkrecht zu Strom und Feld.
Die rechte Hand zeigt die Richtung.
Ein Beispiel
Im Fernseher mit Bildröhre hat man früher Elektronen durch Magnetfelder abgelenkt. Auch beim Polarlicht lenkt ein Magnetfeld geladene Teilchen ab.
Schritt für Schritt
Du bestimmst die Richtung der Kraft.
- Daumen: Stromrichtung.
- Zeigefinger: Feldrichtung.
- Mittelfinger: Kraft.
- Strom umkehren: Kraft kehrt um.
Mit einem Bild erklärt
| Änderung | Kraft |
|---|---|
| Strom stärker | Kraft größer |
| Strom umkehren | Kraft kehrt um |
| Leiter parallel zum Feld | keine Kraft |
Zur Grundlage zurück
- Magnetfelder von Leiter und Spule – Du kennst das Magnetfeld des Stroms.
- Spannung und Stromstärke im Modell – Du kennst die Stromstärke.
Jetzt zusammen
Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.
Zeig mir den ersten Schritt
Denke an die drei Finger.
Lösung ansehen
Lösung: senkrecht zum Strom und zum Feld
Jetzt du
Jetzt probierst du es allein.
Zeig mir den ersten Schritt
Welcher Finger zeigt den Strom?
Lösung ansehen
Lösung: Die Kraft kehrt sich um.
Tipp: Lege die Finger der rechten Hand wie in der Tabelle. Die drei Richtungen stehen senkrecht aufeinander.
Merksatz: Lorentzkraft: senkrecht zu Strom und Feld. Größer bei mehr Strom, stärkerem Feld, längerem Leiter. Parallel zum Feld: keine Kraft.
Typischer Fehler: Viele glauben, die Kraft zeige in Richtung des Stroms oder des Feldes. Sie steht aber senkrecht auf beiden.
Mini-Quiz
4 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.
Lösung ansehen
Lösung: wenn er parallel zu den Feldlinien liegt
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Lösung: Stimmt nicht
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Lösung: Teilchen des Sonnenwinds werden vom Erdmagnetfeld zu den Polen gelenkt.
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Lösung: mehr Strom
Geschafft
Auf stromdurchflossene Leiter und bewegte Ladungen wirkt im Magnetfeld die Lorentzkraft. Sie lenkt Teilchen auf gebogene Bahnen ab.
Kannst du das schon?
Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.
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