Big Bang Physik 6, Schulbuch

v3h8f7 104  Felder Elektrische Ströme und Magnetfelder 26  Dass von einem geriebenen Bernstein (Abb. 26.1, links) elek- trische Kräfte ausgehen, wusste man schon in der Antike (siehe Kap. 22.1, S. 70). Auch die magnetischen Kräfte von Magneteisenstein (Magnetit; Abb. 26.1 rechts) waren bekannt. Chinesische Seefahrer benutzten dieses Material bereits vor über 2000 Jahren für Kompassnadeln. Lange Zeit war man sich nicht sicher, ob und wie diese beiden Phäno- mene zusammenhängen. Anfang des 19. Jahrhunderts machte aber der dänische Physiker Christian Ørsted eine Entdeckung, die einen Zusammenhang zwischen Magne­ tismus und Elektrizität herstellte. Wir werden hier die Über- legungen aus Kap. 23.2, S. 81 erweitern und vertiefen. Abb. 26.1:  Links: Mit geriebenem Bernstein kann man kleine Objekte anziehen, weil er dann elektrisch geladen ist (siehe Kap. 22.1). Rechts: Magneteisenstein bildet magnetische Kristalle und zieht zum Beispiel Eisen an. 26.1 Ørsteds wichtige Entdeckung Magnetfelder durch Ströme Bis jetzt war von ruhenden Ladungen die Rede. Diese er- zeugen elektrische Felder. Bewegte Ladungen erzeugen zusätzlich magnetische Felder. Hier zunächst einmal ein qualitativer Blick. Um das Jahr 1820 machte Christian Ørsted die Ent- deckung, dass eine Magnetnadel abgelenkt wird, wenn in der Nähe Strom fließt ( F1 ; Abb. 26.2). Das schlug wie eine Bombe ein, denn es belegte endlich die Vermutung, dass Elektrizität 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 Feld- linien ist reine Definitionssache und wurde so festgelegt: Das Magnetfeld zeigt in die Richtung, in die der Nordpol einer Magnetnadel zeigt beziehungsweise zeigen würde (Abb. 26.2). 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. 26.3). Was entdeckte Christian Ørsted eigentlich genau? Und was versteht man unter der technischen Strom- richtung? Lies auf S. 80 und S. 81 nach. 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 W2 F2 E2  F3 S1 Abb. 26.2:  a) Ablenkung von Magnetnadeln durch elektrischen Strom: Das Magnetfeld kann man auch 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 technische Stromrichtung zeigt, dann zeigen die Finger die Richtung des Magnetfeldes an, in diesem Fall gegen den Uhrzeigersinn. Abb. 26.3:  Parallele Ströme (a) führen zur Anziehung, antiparallele (b) zur Abstoßung. Antiparallel bedeutet: parallel, aber in die Gegen- richtung verlaufend. Dieser Unterschied zeigt sich auch sehr schön im Feldlinien- bild (Abb. 26.4). Abb. 26.4:  Parallele (a) und antiparallele (b) Ströme: Die Symbole für „Spitze“ oder „Schaft“ deuten an, ob der Strom die Bildebene hinein- oder hinausfließt. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv