Kraft auf stromdurchflossenen Leiter

Inhaltsverzeichnis

1 Vorwissen
2 Versuch
3 Kraft auf stromdurchflossenen Leiter
4 Aufgabe 1
- 4.1 Lösung

Vorwissen

Versuch

Versuchsaufbau+Durchführung: Wir hängen einen Leiter in ein Magnetfeld (z.B. Hufeisenmagnet) und lassen einen Strom durch den Leiter fließen.

Beobachtung: Der Leiter wird - je nach Stromrichtung - entweder aus dem Magnet herausgedrückt, oder in den Magnet hineingezogen.

Erklärung: Wir können das Phänomen mit der Lorentzkraft beschreiben.

Kraft auf stromdurchflossenen Leiter

Wir wollen nun wissen, welche Kraft auf den Leiter wirkt. Dazu gehen wir von der Lorentzkraft aus:

$\text{[math]}$

Wobei $\text{[math]}$ die Lorentzkraft, $\text{[math]}$ die Ladung, $\text{[math]}$ die Geschwindigkeit der Teilchen und $\text{[math]}$ die Stärke des Magnetfeldes angibt.

Betrachten wir unseren stromdurchflossenen Leiter, so wissen wir, dass sich darin die Elektronen mit einer Ladung von $\text{[math]}$ bewegen. Jedoch können wir die Geschwindigkeit noch nicht direkt angeben.

Nach der Definition der elektrischen Stromstärke $\text{[math]}$ gibt diese an, welche Ladungsmenge in einer bestimmten Zeit durch einen Leiter fließt. Es gilt also:

$\text{[math]}$

Für die Geschwindigkeit kennen wir aus der Mechanik den Zusammenhang

$\text{[math]}$

mit der Strecke bzw. der Leiterlänge $\text{[math]}$ und der Zeit $\text{[math]}$ .

Setzen wir diese beiden Zusammenhänge in die Formel für die Lorentzkraft ein so erhalten wir:

$\text{[math]}$

Auf einen Leiter der Länge $\text{[math]}$ in einem Magnetfeld $\text{[math]}$ wirkt bei einer Stromstärke $\text{[math]}$ also die Kraft

$\text{[math]}$

Aufgabe 1

Das magnetische Feld eines Dauermagneten in einem Drehspulinstrument besitzt die magnetische Flussdichte $\text{[math]}$ . Auf ein zu diesem Magnetfeld senkrechtes Leiterstück der Länge $\text{[math]}$ wirkt die Kraft $\text{[math]}$ .