|
Lorentzkraft Versuchsaufbau In
diesem Kapitel soll es um die Lorentzkraft gehen, die nur in mag- netischen
Feldern auftritt. Bei Magnetfeldern spricht man übrigens häufig auch von B-Feldern (die Benennung geht
auf Maxwell zurück). Der Versuch
ist recht einfach und wird häufig schon in der Mittelstufe gezeigt.
Die Aufbauten können ein bisschen unterschiedlich sein. Es geht
aber immer darum, dass sich ein stromdurchflossener Leiter in einem
Magnetfeld befindet. Als Leiter wird ein Alustab,
ein Kabel oder
eine Spule benutzt. Ein Hufeisenmagnet sorgt meist für das Magnetfeld.
Der Vorteil eines Hufeisenmagneten ist, dass er ein homo- genes
Magnetfeld aufweist (Link
zu Magnetfeldern). Im
Folgenden sieht man zunächst zwei Aufbauten, die von mir häufi- ger benutzt
werden.
Die
nächsten Abbildungen zeigen den Normalaufbau mit Alustab
und einen
interessanten Aufbau mit Schienen.
Zusammenfassung
der Ergebnisse In allen
Fällen muss der Strom senkrecht zu den Magnetfeldlinien ver- laufen. In
diesen Fällen wirkt auf den Stromleiter eine Kraft, die Lorentzkraft genannt
wird. Die folgende Abbildung zeigt noch einmal alle
vier möglichen Richtungsfälle (Video
zu diesen 4 Fällen) Hinweis: Um die Pfeilrichtung
für Vektoren anzugeben, die in die Papierebene oder aus der Papierebene zeigen, wird ein Kreis (heraus) oder ein Kreuz
(hinein) benutzt.
Man
erkennt sofort, dass die Kraftrichtung immer senkrecht zu den beiden
anderen Richtungen (Magnetfeldlinienrichtung, Stromrichtung) steht.
Es gilt die Drei-Finger-Regel. Wir fassen zusammen:
Es gibt
Abwandlungen der Drei-Finger-Regel. Da man inzwischen weiß,
dass die Elektronen für den Stromfluss zuständig sind, wird häufig die
Richtung der Elektronen für die Stromrichtung benutzt. Dann
muss man die linke Hand wählen.
Quelle: Drei-Finger-Regel – Wikipedia Man
spricht auch manchmal von der FBI-Regel (F = Kraft, B=Magnet- feld,
I=Strom) oder UVW-Regel (U=Ursache=Strom, V=Vermittlung= Magnetfeld,
W=Wirkung=Kraft). Folgendes
Applet von Walter Fendt zeigt auch noch einmal den Grundaufbau
mit den vier Möglichkeiten.
Video Wer noch
einmal alle Versuche kennenlernen möchte, sollte sich das Video
von Benno Köhler ansehen, in dem drei Fälle (Schiene, Alustab
und
Kabel) vorgestellt werden. Er benutzt übrigens immer die Regel mit der
linken Hand.
Ausschnitt aus der Quelle: Physik
LK 11 - Magnetische Feldstärke Teil 1 - YouTube Hinweis: Auf jeden Fall sollte man sich den Schluss des
Videos ansehen, weil hier auch mal ein Versuch gezeigt wird, bei dem die Stromrichtung
parallel zur Richtung der Magnetfeldlinien zeigt. Es tritt dann keine Lorentzkraft auf. Man kann diesen Parallelversuch gut mit einem schmalen Kabel
durchführen, das man dann parallel zu den Magnetfeldlinien des Hufeisenmagneten ausrichtet
(Benno Köhler). Alternativ hängt man ein Kabel auf die Mittelachse einer Spule. In der
Spule verlaufen die Feldlinien parallel zur Mittelachse der Spule. Wenn man genau hinsieht, wird man merken, dass eine
Verdrillung der Aufhängekabel stattfindet, weil
Teile der Aufhängung doch senkrecht zu den Feldlinien liegen können. Alternative zur
Drei-Finger-Regel Wenn man
sich schon mit den Magnetfeldern auskennt, kann man auch
eine Alternative zur Drei-Finger-Regel betrachten, die mit Hilfe der Magnetfelder argumentiert.
Betrachten
wir jetzt noch einmal den stromdurchflossenen Leiter im
Hufeisenmagneten. Dann liegen zwei Magnetfelder vor, die sich überlagern
und vektoriell addieren. Man hat folgende Situation:
Durch
die vektorielle Addition gibt es Bereiche mit schwachem Ma-gnetfeld und Bereiche mit starkem Magnetfeld. Es gilt:
Zum Schluss noch eine Link-Liste von weiteren Videos zum
Thema. Es gibt reichlich Videos hierzu. Ich habe diejenigen ausgewählt,
die meiner Meinung nach (neben dem Benno Köhler Video) am besten
das Thema darstellen.
Weitere
interessante Videos: 1.)
Video Nr.1 Versuch der Uni
Freiburg zur Lorentzkraft mit einem Schienenmodell 2.) Video Nr.2 Hier wird gezeigt, wie man ein Schienenmodell
auch im Selbstbau für zu Hause anfertigen kann. 3.)
Video Nr.3 Total interessanter Versuch
der Uni Freiburg zu einer Eisenbahn, die mit Lorentzkraft funktioniert.
- zu den
Übungsaufgaben zur Lorentzkraft - zum
nächsten Kapitel „Magnetische Feldstärke - Formel Lorentzkraft“ - zurück zur Übersicht „Felder“ |
