Big Bang HTL 3, Schulbuch

44 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) Elektrische Ströme und Magnetfelder 5 Dass von einem geriebenen Bernstein (Abb. 5.1) elektrische Kräfte ausgehen, wusste man schon in der Antike (siehe Kap. 16.1, NAWI 1). Auch die magnetischen Kräfte von Ma- gneteisenstein (Magnetit) waren bekannt. Chinesische See- fahrer benutzten dieses Material bereits vor über 2000 Jah- ren für Kompassnadeln. Lange Zeit war man sich nicht sicher, ob und wie diese beiden Phänomene zusammenhän- gen. Anfang des 19. Jahrhunderts machte aber der dänische Physiker C HRISTIAN Ø RSTED eine Entdeckung, die einen Zusam- menhang zwischen Magnetismus und Elektrizität herstellte und zu Anwendungen wie Elektromotoren oder elektrischen Messgeräten führte. Abb. 5.1: Links: Mit geriebenem Bernstein kann man kleine Objekte anziehen, weil er dann elektrisch geladen ist. Rechts: Magnet- eisenstein bildet magnetische Kristalle und zieht zum Beispiel Eisen an. 5.1 Ørsteds wichtige Entdeckung Magnetfelder durch Ströme Ruhende Ladungen erzeugen elektrische Felder. Bewegte Ladungen erzeugen zusätzlich magnetische Felder. Hier zunächst einmal ein qualitativer Blick. Um das Jahr 1820 machte C HRISTIAN Ø RSTED die Entdeckung, dass eine Magnetnadel abgelenkt wird, wenn in der Nähe Strom fließt ( F1 ; Abb. 5.2 a). Das schlug wie eine Bombe ein, denn es belegte endlich die Vermutung, dass Elektrizi- tät und Magnetismus zusammenhängen. Zunächst war nicht ganz klar, wie dieser Effekt entsteht. Heute wissen wir, dass der Stromfluss ein Magnetfeld er- zeugt. Dieses kann man mit Eisenspänen sehr schön zeigen. Im Gegensatz zu elektrischen sind magnetische Feldlinien in sich geschlossen. Im Falle eines geraden Leiters liegen sie kreisförmig um diesen herum. Die Richtung der Feldlini- en ist reine Definitionssache und wurde so festgelegt: Das Magnetfeld zeigt in die Richtung, in die der Nordpol einer Magnetnadel zeigt bzw. zeigen würde (Abb. 5.2 b). Was passiert mit zwei stromdurchflossenen Leitern ( F2 )? Weil jeder ein Magnetfeld erzeugt, müssen zwischen ihnen magnetische Kräfte wirken. Die Kraftrichtung hängt von der Stromrichtung ab: Parallele Ströme ziehen einander an, an- tiparallele stoßen einander ab (Abb. 5.3). Dieser Unterschied zeigt sich auch sehr schön im Feldlinienbild (Abb. 5.4). Abb. 5.3: Parallele Ströme (a) führen zur Anziehung, antiparallele (b) zur Abstoßung. Antiparallel bedeutet parallel, aber in die Gegenrichtung verlaufend. Abb. 5.2: a) Ablenkung von Magnetnadeln durch elektrischen Strom: Das Magnetfeld kann man sehr schön durch Eisenspäne sichtbar machen. b) Die Richtung der Feldlinien kann man auch ohne Magnetnadel mit der rechten Hand bestimmen. Wenn der Daumen in die technische Stromrichtung zeigt, dann zeigen die Finger die Richtung des Magnetfeldes an, in diesem Fall gegen den Uhrzeigersinn. Abb. 5.4: Parallele (a) und antiparallele (b) Ströme: Die Symbole für „Spitze“ oder „Schaft“ deuten an, ob der Strom in die Bildebene hinein oder aus ihr heraus fließt. Was entdeckte Christian Ørsted eigentlich genau? Und was versteht man unter der technischen Strom- richtung? Lies nach in Kap. 17.1 und 17.2, NAWI 1! Was passiert mit zwei parallelen Leitern, durch die Strom fließt? a) Sie ziehen einander an; b) sie stoßen einander ab; c) es passiert gar nichts. Einen Permanentmagneten darf man nicht fallen lassen, weil sich der Magnetismus sonst abschwächt. Warum ist das so? F1 A1 F2 A2 F3 F UR Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv