Big Bang Physik 6, Schulbuch

Felder  107 Elektrische Ströme und Magnetfelder  26  Formel: Lorentz-Kraft F L = I · s · B Þ B = ​  F  __  I ​ · s F L … Lorentzkraft [N] I … Stromstärke [A] s … Länge des Leiters [m] B …magnetische Induktion [T] (Tesla)  Info: Polarlicht  Info: Teilchenbeschleuniger In der Gleichung für die Lorentz-Kraft kommt die magne- tische Induktion B vor. Sie ist ein Maß für die Stärke des Magnetfeldes und somit das Gegenstück zur elektrischen Feldstärke E (siehe Tab. 26.2, S. 110). Dass man B nicht als magnetische Feldstärke bezeichnet, hat historische Gründe und ist zugegeben ziemlich verwirrend. Die Einheit der magnetischen Induktion ist nach dem kroatischen Physiker Nicola Tesla benannt. Beim Hufeisenmagneten kann man B bestimmen, wenn man die Kraft auf den Leiter bei be- kanntem Stromfluss misst. In der Praxis verwendet man eine andere, handlichere Technik (Abb. 26.12), aber das Prinzip bleibt dasselbe: Im Magnetfeld bewegte Ladungen werden durch die Lorentz-Kraft abgelenkt. Die Stärke der Ablenkung ist ein Maß für die Stärke des magnetischen Feldes. In Tab. 26.1 siehst du einen Vergleich der Stärke von ver- schiedenen Magnetfeldern. Das Erdmagnetfeld ist im Ver- gleich zu einem Permanentmagneten unglaublich schwach ( F6 ). Dass es wesentlich schwächer sein muss, kann man aber ganz einfach belegen: Das Feld eines Permanentmag­ neten kann man sehr schön mit Eisenspänen darstellen. Wäre das Erdmagnetfeld vergleichbar groß, dann müsste man dieses ja ebenfalls durch das Ausstreuen von Eisen­ spänen sichtbar machen können. B in Tesla Gehirnströme 10 –15 äußeres Erdmagnetfeld ≈ 5∙10 –5 Sonnenoberfläche 0,01 Hufeisenmagnet 0,1 Schreib-/Lesekopf einer Festplatte 0,15–0,3 Sonnenflecken 0,3 Supermagnete (Neodymmagnete); Maximalwert 1,5 Elektromagnete im Dauerbetrieb 45 Neutronensterne 10 8 Tab. 26.1:  Einige Magnetfelder im Vergleich F Abb. 26.12:  In der Praxis misst man die Magnetfeldstärke mit einer Hall-Sonde. Durch die Ablen- kung der Elektronen entsteht zwischen Ober- und Unterkante der Sonde eine Spannung, die Aufschluss über die Stärke des Magnetfeldes gibt. Überprüfe die Ablenkung mit der Drei-Finger-Regel. Obwohl das Erdmagnetfeld so schwach ist, können es zum Beispiel Zugvögel spüren und zur Orientierung nutzen. Du siehst in der Tabelle auch, dass das Magnetfeld in den Sonnenflecken (Abb. 26.13) etwa 30-mal so stark ist wie au- ßerhalb. Neutronensterne haben die mit Abstand stärksten Magnetfelder. Sie sind einige Billionen Mal stärker als das Erdmagnetfeld! Neutronensterne sind ausgebrannte Sterne, die sich auf Grund ihrer eigenen Masse extrem verdichtet haben. Dabei werden die Elektronen in die Kerne gedrückt und verbinden sich mit den Protonen zu Neutronen (und Elektron-Neutrinos werden frei). Dichter gepackt sind nur noch Schwarze Löcher. Zusammenfassung Im Magnetfeld bewegte Ladungen werden durch die Lorentz-Kraft abgelenkt. Diese Ablenkung ist ein Maß für die magnetische Induktion. Die Lorentz-Kraft wird z. B. in Teilchenbeschleunigern ausgenutzt. 26.3 Magnet im Tiefflug Die Spule Hier geht es darum, wie man mit Hilfe von Spulen Magnet- felder erzeugen kann. Spulen sind unverzichtbare Bestand- teile in der Elektrotechnik. Abb. 26.13:  Die Sonne hat eine Ober- flächentemperatur von etwa 5500 °C. Die Sonnenflecken sind etwa 1500 °C kühler und somit auch dunkler. An diesen Stellen ist das Magnetfeld wesentlich stärker. Zum Größenvergleich ist auch die Erde dargestellt. Z In Abb. 26.14 siehst du die geöffnete Festplatte eines PCs. Hast du schon einmal überlegt, wie das Lesen und Schreiben der Daten funktioniert? Du weißt, wie das Magnetfeld eines geraden Leiters aussieht (Abb. 26.15a). Wie könnte das Magnetfeld einer Leiterschleife aussehen, also quasi eines Kreisstroms (b)? F7 W2  Abb. 26.14:  Offene Harddisk eines PCs F8 W2  Abb. 26.15 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv