17 9 Kraftwirkung eines Magnetfeldes auf einen stromdurchflossenen Leiter Aus dem Versuch nach Abb. 5.1 (Seite 12) weißt du, dass eine bewegliche Magnetnadel durch das magnetische Feld eines stromdurchflossenen Leiters aus ihrer Ruhelage abgelenkt wird. Untersuche nun, was geschieht, wenn der Magnet fixiert, aber der Leiter beweglich ist. Versuch: Gib einen Leiter so zwischen die Pole eines Hufeisenmagnets, dass er sich wie eine Schaukel bewegen kann und schließe den Stromkreis (Abb. 9.1). Was passiert? Welche Feststellung kannst du über die Bewegungsrichtung der Leiterschaukel machen, wenn du umpolst? Ändere die Richtung des Magnetfeldes, indem du den Hufeisenmagnet um 180 ° drehst und damit die Lage von N- und S-Pol vertauscht. Achte wieder auf die Bewegungsrichtung der Schaukel beim Einschalten des Stroms. Die Bewegung des Leiters erfolgt normal zur technischen Stromrichtung. Die Bewegungsrichtung ist auch normal zu den magnetischen Feldlinien. Sie ändert sich, wenn entweder die Stromrichtung oder die Richtung des Magnetfeldes geändert wird. Bei der Bestimmung der Bewegungsrichtung des Leiters hilft uns die „Dreifinger-Regel“ (Abb. 9.2): Spreize Daumen, Zeige- und Mittelfinger deiner rechten Hand so, dass sie zueinander im rechten Winkel stehen. Zeige mit dem Daumen in die Richtung des elektrischen Stroms I (technische Stromrichtung vom Pluspol zum Minuspol) und mit dem Zeigefinger in die Richtung des Magnetfeldes B. Der Mittelfinger gibt dann die Richtung der Kraft F an, die zur Bewegung des Leiters führt. Versuch: Hänge statt der Leiterschaukel eine Spule mit z. B. 800 Windungen über dem Hufeisenmagnet auf (Abb. 9.3 links). Lass einen Strom durch die Spule fließen. Die Spule schwingt schon bei einer viel kleineren Stromstärke als die Leiterschaukel. Die Kraftwirkung hat proportional zur Windungszahl der Spule zugenommen. Versuch: Hänge zwischen die Pole eines Hufeisenmagnets eine Spule, die Teil eines Stromkreises ist (Abb. 9.3 rechts). Schalte den Strom ein. Die Spule dreht sich so weit, bis ihre Querschnittsfläche senkrecht zu den magnetischen Feldlinien steht. Sie verhält sich wie ein Stabmagnet, der sich in die Richtung der Feldlinien dreht. Die Drehbewegung der stromdurchflossenen Spule kann aufrechterhalten werden, wenn im richtigen Augenblick die Stromrichtung in der Spule geändert wird. Damit kehrt man nämlich das Magnetfeld der Spule um und sie dreht sich wegen ihrer Trägheit weiter. Kann ein Magnet auf einen Kupferdraht wirken? 9.1 Leiterschaukel im Magnetfeld ... die Spannung umgepolt wird? ... der Hufeisenmagnet gedreht wird? Wie ändert sich die Bewegungsrichtung der Schaukel, wenn ... 9.3 Links: Spule im Magnetfeld. Rechts: Die stromdurchflossene Spule dreht sich so weit, bis ihre Querschnittsfläche senkrecht zu den Feldlinien des Hufeisenmagnets steht. 9.2 Dreifinger-Regel 9.1 Wovon hängt die Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter in einem Magnetfeld ab? Du bist dran – zeige deine Kompetenz: Auf einen freibeweglichen, stromdurchflossenen Leiter wirkt in einem Magnetfeld eine Kraft. Er wird dadurch normal zur technischen Stromrichtung und normal zu den magnetischen Feldlinien bewegt. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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