Big Bang HTL 3, Schulbuch

Elektrische Ströme und Magnetfelder 5 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) 45 Im Folgenden wird auch immer wieder von Permanentma- gneten die Rede sein. Eine Kompassnadel aus Eisen ist zum Beispiel ein solcher. Der Magnetismus entsteht hier durch die Elektronenspins und bleibt auch erhalten, wenn kein Strom fließt. Info: Die kleinsten Magneten der Welt Zusammenfassung Bewegte elektrische Ladungen erzeugen Magnetfelder. Daher wirken zwischen zwei Strom führenden Leitern mag- netische Kräfte. Das Feld von Permanentmagneten kommt durch die Elektronenspins zu Stande. Die kleinsten Magneten der Welt Wo entstehen Perma- nentmagnete ? Jedes Elektron in der Atom- hülle hat einen Spin, den sich leider niemand bildlich vorstellen kann. Dadurch wirkt jedes Elektron wie ein kleiner Magnet . Bei den meisten Atomsorten löschen die Magnetfelder der Elekt- ronen einander aus, und sie sind nach außen hin nichtmagnetisch. Manche Atome wirken aber wie sehr schwache Magnete (Abb. 5.5). Bei ferromagnetischen Stoffen stellen sich viele dieser „Atom- magnete“ von selbst parallel ( b ). Solche Bereiche wirken wie kleine Stabmagnete ( c ) und man nennt sie auch Ele- mentarmagnete . Mit diesem stark vereinfachten Bild kannst du eine Menge Effekte sofort verstehen. Wenn du zum Beispiel einen Magneten (Abb. 5.6 b) fallen lässt, dann kommen die Elementarmagnete in Unordnung (Abb. 5.6 a), und er verliert empfindlich an Stärke ( F3 ). i Abb. 5.5: Vom magnetischen Atom (a) zum Elementarmagneten (c) Abb. 5.6: a) Sind die Elementarmagneten ungeordnet, ist der Stoff nach außen hin unmagnetisch. b) Sind die Elementarmagnete geordnet, ist der Stoff magnetisch. Z 5.2 Von Polarlichtern und Neutronensternen Lorentz-Kraft und magnetische Induktion In diesem Abschnitt werfen wir einen quantitativen Blick auf die auftretenden Kräfte, wenn sich Ladungen in einem Magnetfeld bewegen. Beim Ørsted-Versuch (Abb. 5.2) kommt es zu einer Wechsel- wirkung zwischen dem Magnetfeld eines Leiters und dem des Permanentmagneten. Ähnlich ist es in Abb. 5.8. Aller- dings ist der Magnet so schwer, dass er sich nicht bewegen kann, wohl aber die Leiterschaukel. Wenn Strom fließt, dann bewegt sich die Schaukel nach au- ßen. Die Kraft, die das bewirkt, nennt man nach dem hollän- dischen Physiker H ENDRIK A NTOON L ORENTZ die Lorentz-Kraft. Sie steht immer normal zur Bewegungsrichtung der Ladungen und normal zum Magnetfeld. Ihre Richtung kann man mit der Drei-Finger-Regel bestimmen (siehe Abb. 5.8 b). Info: Polarlicht -> S. 46 Info: Teilchenbeschleuniger -> S. 46 Das Polarlicht ist schon eine sehr eindrucksvolle Erscheinung (Abb. 5.7). Wie entsteht es, und warum ist es nur auf den Polen zu sehen? In Teilchenbeschleunigern werden Elektronen oder Protonen auf beinahe Lichtgeschwindigkeit beschleu- nigt. Wie schafft man es, sie dabei auf Kreisbahnen zu halten? Was ist deiner Meinung nach stärker: Das Magnetfeld der Erde oder das eines Permanentmagneten? F4 A2 Abb. 5.7: Das eindrucksvolle Polarlicht F5 A2 F6 A2 Abb. 5.8: a) Auf eine stromdurchflossene Leiterschleife im Magnet- feld wirkt eine Kraft. b) Drei-Finger-Regel: Der Daumen zeigt in technische Stromrichtung. Der Zeigefinger zeigt in Richtung des Magnetfeldes, also von N nach S. In diese Richtung würde der Nordpol einer Kompassnadel zeigen. Der Mittelfinger gibt nun die Richtung der Lorentz-Kraft an. F L entspricht dem Kreuzprodukt von I und B . Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv