Kraftwirkung auf elektrische Ströme im Magnetfeld - die Lorentzkraft: Unterschied zwischen den Versionen
(→Die springenden Kabel) |
|||
Zeile 1: | Zeile 1: | ||
([[Inhalt_Kursstufe|'''Kursstufe''']] > [[Inhalt_Kursstufe#Elektro-Magnetismus|'''Elektro-Magnetismus''']]) | ([[Inhalt_Kursstufe|'''Kursstufe''']] > [[Inhalt_Kursstufe#Elektro-Magnetismus|'''Elektro-Magnetismus''']]) | ||
+ | ==Beispiele== | ||
+ | <gallery widths=180px heights=120px perrow=4> | ||
+ | Bild:HomopolarerMotor_Magnet_dreht.jpg|[https://www.youtube.com/watch?v=c7s0ooDYmcE Video] | ||
+ | Bild:HomopolarerMotor_Kabel_dreht.jpg|Ein Mini-Motor. ([https://www.youtube.com/watch?v=voHz6sxwQ2Q Video]) | ||
+ | Bild:HomopolarerMotor_Zug.jpg|Der "einfachste Zug der Welt". ([https://www.youtube.com/watch?v=c7s0ooDYmcE Video]) | ||
+ | Bild:HomopolarerMotor_Spule_dreht.jpg|Mini-Motor mit Spule ([https://www.youtube.com/watch?v=it_Z7NdKgmY Video]) | ||
+ | </gallery> | ||
==Versuche und Beispiele== | ==Versuche und Beispiele== | ||
Zeile 10: | Zeile 17: | ||
;Erklärung | ;Erklärung | ||
− | Die Feldlinien sind wie sich gegenseitig abstoßenden Gummibänder: | + | Das Magnetfeld steht längs der Feldlinien unter Zugspannung und längs der Feldflächen unter Druckspannung. "Die Feldlinien sind wie sich gegenseitig abstoßenden Gummibänder": |
<gallery widths=180px heights=180px perrow=4 > | <gallery widths=180px heights=180px perrow=4 > | ||
Bild:Magnetfeld_Zwei_Kabel_parallel.png|Längs der Feldlinien zieht das Magnetfeld die Kabel zusammen. | Bild:Magnetfeld_Zwei_Kabel_parallel.png|Längs der Feldlinien zieht das Magnetfeld die Kabel zusammen. | ||
Bild:Magnetfeld_Zwei_Kabel_gegenläufig.png|Längs der Feldflächen drückt das Magnetfeld die Kabel auseinander. | Bild:Magnetfeld_Zwei_Kabel_gegenläufig.png|Längs der Feldflächen drückt das Magnetfeld die Kabel auseinander. | ||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
</gallery> | </gallery> | ||
Zeile 56: | Zeile 57: | ||
|Kraftrichtung | |Kraftrichtung | ||
|} | |} | ||
− | |||
− | |||
Zeichnet man die Feldlinien- und Flächen, so erkennt man wie das Magnetfeld den Leiter in eine Richtung drückt. | Zeichnet man die Feldlinien- und Flächen, so erkennt man wie das Magnetfeld den Leiter in eine Richtung drückt. | ||
Zeile 68: | Zeile 67: | ||
</gallery> | </gallery> | ||
+ | Man kann auch einen der Ströme als den felderzeugenden auffassen und den Strom im anderen Kabel als Probestrom, ähnlich wie [[Felduntersuchung mit Probekörpern (Monopolen)|Probekörper]] in einem Feld. Das wird zwar der symmetrischen Anordnung nicht gerecht, liefert aber für spätere Rechnungen durchaus das richtige Ergebnis. | ||
+ | <gallery widths=180px heights=180px perrow=4 > | ||
+ | Bild:Magnetfeld zwei Kabel parallel Probestrom.png|Der Strom im rechten Kabel ist ein Probestrom im Feld des linken Stroms. | ||
+ | Bild:Magnetfeld zwei Kabel antiparallel Probestrom.png|Die Stromrichtung des Probestroms ändert die Kraftrichtung. | ||
+ | </gallery> | ||
===Wickelkabel=== | ===Wickelkabel=== | ||
;Aufbau | ;Aufbau |
Version vom 28. Juni 2017, 16:49 Uhr
(Kursstufe > Elektro-Magnetismus)
Inhaltsverzeichnis
Beispiele
Versuche und Beispiele
Die springenden Kabel
- Aufbau
Batterie 12V mit Kabel und Schalter kurzschließen. Gleiche und ungleiche Stromrichtung.
- Beobachtung
Die beiden Kabel, bei denen der Strom in die gleiche Richtung fließt, ziehen sich an. Bei ungleicher Stromrichtung stoßen sie sich ab.
- Erklärung
Das Magnetfeld steht längs der Feldlinien unter Zugspannung und längs der Feldflächen unter Druckspannung. "Die Feldlinien sind wie sich gegenseitig abstoßenden Gummibänder":
Versuch: Ein Kabel im Magnetfeld - die Leiterschaukel
- Aufbau
Ein stromdurchflossenes Kabel und ein Hufeisenmagnet. Alternativ eine Leiterschaukel.
- Beobachtung
Die Leiterschaukel steht bei eingeschaltetem Strom schräg. Je größer die Stromstärke, desto schräger steht die Schaukel. (Animationsfilm)
Ändert man die Stromrichtung oder vertauscht durch Umdrehen des Magneten die Pole, so wird die Schaukel in die andere Richtung gedrückt.
Steht der Leiter nicht senkrecht zu den Feldlinien, sondern schräg, ist der Effekt geringer.
- Ergebnis
Auf einen stromdurchflossenen Leiter, der senkrecht zu den Feldlinien eines Magnetfeldes steht, wirkt eine Kraft.
Die Kraftrichtung kann man mit Hilfe der UVW- oder Drei-Finger-Regel bestimmen:
Daumen | Zeigefinger | Mittelfinger | |
Ursache | Vermittlung | Wirkung | |
Stromrichtung[1] (+ zu -) |
Feldlinienrichtung | Kraftrichtung |
Zeichnet man die Feldlinien- und Flächen, so erkennt man wie das Magnetfeld den Leiter in eine Richtung drückt.
Man kann auch einen der Ströme als den felderzeugenden auffassen und den Strom im anderen Kabel als Probestrom, ähnlich wie Probekörper in einem Feld. Das wird zwar der symmetrischen Anordnung nicht gerecht, liefert aber für spätere Rechnungen durchaus das richtige Ergebnis.
Wickelkabel
- Aufbau
Ein Kabel aus Kupfergeflecht und ein Festmagnet.
Siehe auch dieses Video. (Wo?)
Messen der Lorentzkraft / magnetische Feldkonstante
- Aufbau
Eine lange Spule, ein Leiter an einem Kraftmesser innerhalb der Spule,
Links
- Lorentzkraft
- LEIFI:Kraft auf Stromleiter
- Animation: Gleichstrommotor von Walter Fendt
- homopolare Motoren
- Video: How to build a simple electric motor, plus how it works. (youtube: "The Tabletop Explainer et al.") Bauanleitung für einen einfachen Motor mit einer Spule; Erklärung mit Lorentzkraft.
- Video: Wie man einen einfachen homopolaren Motor baut. (von "VitaliUS EN") Bauanleitungen für verschiedene einfache Motoren ohne Spule. Ohne Erklärung
- Video: Der einfachste Elektromotor der Welt (youtube: "Peter Baumgartner") Demonstration eines Motors aus einer Batterie, einem Magneten und einem kurzen Kabel. Ohne Erklärung
- Video: How to Build a Homopolar Motor (von "Wayne Schmidt") Verschiedene Bautypen von homopolaren Motoren und deren (gute) Erklärung.
- Video: Einfachster Elektrischer Zug in der Welt (von "AmazingScience 君")
- Video: Einfachster Elektrischer Zug in der Welt 【wie zu bauen】 (von "AmazingScience 君")
- Video: How to Build the Simplest Electric Train (von "Wayne Schmidt") Eine sehr detaillierte Bauanleitung und genauere Untersuchung der Parameter
- Video: Eine Demonstration der Lorentzkraft mit Hilfe eines freien elektrischen Leiters in Quecksilber (youtube: "Kanal von TMetatron")
Fußnoten
- ↑ Oft wird auch anstatt der Stromrichtung die Bewegungsrichtung der Elektronen verwendet, welche ja in Metallen die Ladungsträger sind. Dann muss man die linke Hand verwenden und den Daumen in Bewegungsrichtung der Elektronen halten. Zeigefinger und Mittelfinger zeigen in Feldlinien- und Kraftrichtung.
Es ist aber nicht notwendig zwischen Metallen mit Elektronen als Ladungsträgern und anderen Ladungstransporten mit Ionen in Flüssigkeiten oder mit "Löchern" bei Halbleitern zu unterscheiden. Es kommt nur auf die Netto-Ladungstransportrichtung an und die hat man für die positiven Ladungsträger von + zu - festgelegt. Es gibt also nur eine Stromrichtung, egal in welche Richtung sich die Ladungsträger bewegen.