Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

58 Elektromagnetische Felder und Kräfte 15 Lorentz-Kraft-Gesetz Ergebnis: Befindet sich ein stromdurchflossener Lei- ter in einem Magnetfeld, so wirkt auf ihn eine Kraft. Diese Kraft bewirkt eine Ablenkung des Leiters nor- mal zur Richtung des Magnetfeldes und normal zur Richtung des Leiters. Je nach der Polung der Span- nungsquelle (Orientierung des Stromes) und je nach der Orientierung des Magnetfeldes erfolgt die Ablen- kung mit anderer Orientierung. Durch den Leiter flie- ßen Elektronen. 15.5 A1 Überprüfe die Ergebnisse der obigen Versuche (Abb. 58.2), indem du mit Hilfe der Korkenzieherregel die Orientierung der Lorentzkraft bestimmst! A2 Lies über Hendrik A. Lorentz in einem Lexikon oder im Internet nach! Versuch „Leiterschaukel“ Wir bauen eine„Leiterschaukel“ auf, wie sie in der nebenstehenden Abbildung gezeigt ist: Die Leiterschleife hängt frei zwischen den Polen des Hufeisenmagneten, es fließt zunächst kein Strom durch die Leiterschleife. Wir schließen den Stromkreis (am Netztrafo) kurz- zeitig und beobachten die Leiterschaukel. Wir ändern die Polung der Spannungsquelle (und damit die Orientierung des Stromes) und schließen den Stromkreis wieder kurzzeitig. Wir ändern die Orientierung des Magnetfeldes, in- dem wir Nord- und Südpol des Hufeisenmagneten vertauschen und schließen den Stromkreis wieder kurzzeitig. Abb. 58.1 Zur Bestimmung der Ablenkung der Leiterschaukel bestimmen wir die Ablenkung der Elektronen mit folgender „Korkenzieherregel“ (vgl. auch Basiswissen 5, Kap. 5.8): Wegen der negativen Ladung der Elektronen (Q = –e) ist der Vektor Q · v parallel und gleichorientiert zum elektrischen Strom I (technische Stromrichtung!). Wir drehen den Korkenzieher so, wie wir den Vektor Q · v auf kürzestemWeg in den Vektor der magnetischen Induktion B drehen können. Die Verschiebung des Korkenziehers gibt die Orientierung der Lorentzkraft F an. F B I Abb. 58.2 „Leiterschaukel“ S N I B l F _ + I I Mit Hilfe des vektoriellen Produktes kann man das Lorentzkraftgesetz für F anschreiben: Q v F B # $ = Lorentzkraftgesetz (Lorentzforce) Betrag der Lorentzkraft Bewegt sich ein geladenes Teilchen der Ladung Q mit der Geschwindigkeit v durch ein Magnetfeld der ma- gnetischen Induktion B normal zu den Feldlinien, so wirkt auf das Teilchen eine Kraft F : F = Q · v · B F …Lorentzkraft, F = | F | Q …Ladung v …Geschwindigkeit, v = | v | B …magnetische Induktion, B = | B | Die Richtung von F ist normal auf v und normal auf B , die Orientierung von F ergibt sich aus der Korken- zieherregel. BW5/K5.8 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Ve lags öbv