Physik 9 · Elektrizitätslehre

Lorentzkraft

Fließt Strom durch einen Leiter, der quer zu den Feldlinien eines Magneten liegt, wirkt auf den Leiter eine Kraft. Sie heißt Lorentzkraft und steht senkrecht zum Leiter und senkrecht zu den Feldlinien. Mit der Leiterschaukel findest du ihre Richtung, mit der Stromwaage ihre Größe: F = I · l · B. Dabei ist l die Länge des Leiters im Feld und B die magnetische Flussdichte, sie gibt die Stärke des Magnetfelds an.

So gehst du vor

1Leiterschaukel: Erhöhe die Stromstärke I und schau, wohin der Leiter schwingt.
2Ändere Stromrichtung und Polung, jeweils einzeln. Sag vorher mit der Drei-Finger-Regel, wohin der Leiter schwingen wird. Schalte dann „Kraft einzeichnen“ ein.
3Stromwaage: Wähle Magnet A und ein Rähmchen. Stelle mehrere Stromstärken ein und übernimm jedes Mal I und F in Tabelle A.
4Halte I fest, wechsle die Rähmchen und fülle Tabelle B.
5Rechne die Flussdichte selbst aus. Erst dann die Auswertung zeigen.

Leiterschaukel: In welche Richtung wirkt die Kraft?

Der Pfeil auf dem Leiter zeigt die technische Stromrichtung: von + nach −. Die Elektronen laufen in die Gegenrichtung. Die Feldlinien zeigen von Nord nach Süd.

Stromstärke I

0,0 A

Stromrichtung

Polung des Magneten

Ausschlag (rechts positiv)

0,0 cm

Stromwaage: Wie groß ist die Kraft?

Nur die untere Seite liegt quer im Feld. Auf die beiden senkrechten Seiten wirken gleich große, entgegengesetzte Kräfte, sie heben sich auf. Die Waage wurde bei ausgeschaltetem Strom auf null gestellt, sie zeigt also nur die Kraft durch den Strom. Die Anzeige streut etwas.

Stromstärke I

2,0 A

Rähmchen: wirksame Länge l

Magnet

Tabelle A: Kraft F über der Stromstärke I

Halte das Rähmchen und den Magneten fest und ändere nur I.

Nr.	I in A	F in mN

Tabelle B: Kraft F über der Länge l

Halte die Stromstärke und den Magneten fest und wechsle nur das Rähmchen.

Nr.	l in cm	F in mN

Aufträge

Stelle „Nordpol oben“ und „Pluspol vorne“ ein. Bestimme mit der rechten Hand, wohin der Leiter schwingt: Daumen in technischer Stromrichtung, Zeigefinger in Feldrichtung, der Mittelfinger zeigt die Kraft. Prüfe am Versuch.
Was passiert, wenn du nur den Strom umpolst, nur den Magneten drehst oder beides tust? Notiere eine Regel.
Wie hängt der Ausschlag von der Stromstärke ab? Lies ihn für 1 A, 2 A und 4 A ab, wenn die Schaukel zur Ruhe gekommen ist.
Miss mit Magnet A die Tabellen A und B. Welcher Zusammenhang gilt? Bestimme aus beiden Tabellen B und vergleiche mit 0,05 T.
Berechne ohne Versuch: Welche Kraft wirkt bei B = 0,12 T auf ein Leiterstück mit l = 4 cm, wenn I = 2,5 A fließt? Prüfe dann mit Magnet B.
Bestimme die Flussdichte von Magnet X aus einer Messreihe. Löse erst danach auf.

Theorie: Kapitel „Lorentzkraft“. Die Richtung übst du auf der Seite „Drei-Finger-Regel“.