83 17 Ein physikalisches Genie Beim Versuch in A1 hast du bemerkt, dass sich der Leiter im Magnetfeld nach unten bewegt, wenn plötzlich Strom durch ihn fließt. Warum ist das so? Elektrischer Strom erzeugt ja immer ein Magnetfeld (siehe B 16.16, S. 78). Du hast dadurch zwei Magnetfelder, nämlich das des Dauermagneten und das des stromdurchflossenen Leiters. Diese beeinflussen einander und erzeugen Bewegung. Wenn der Magnet schwer ist, wie in unserem Fall, dann bewegt sich der Draht. Wenn der Strom wie in B 17.5 fließt, bewegt sich der Draht hinunter. Wenn der Strom in die Gegenrichtung fließt, dann bewegt sich der Draht hinauf. B 17.5 Wie du mit drei Fingern die Bewegungsrichtung des Drahtes bestimmen kannst Die Kraft, die auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld wirkt, nennt man die Lorentz-Kraft. Die Richtung, in die diese Kraft zeigt und sich daher auch die Leiterschleife bewegt, kannst du mit drei Fingern der rechten Hand bestimmen, die du im rechten Winkel zueinander wegstreckst (B 17.5 links). Mit dem Daumen zeigst du in die technische Stromrichtung, also von plus zu minus und mit dem Zeigefinger in Richtung des Magnetfeldes, also von N zu S. Der Mittelfinger zeigt dir nun die Bewegung des Leiters an. In unserem Fall zeigen Lorentz-Kraft und somit Bewegung des Leiters nach unten (B 17.5 rechts und B 17.6 a). Magnetfeld (N zu S) Stromrichtung (+ zu -) Bewegungsrichtung N S Bewegung rotierende Leiterschleife Schleifkontakte Batterie Magnet Strom N S a b N N S S c B 17.6 Die Wirkung der Lorentz-Kraft auf einen Draht und eine Leiterschleife Bauen wir diese Idee noch weiter aus. Wenn wir statt einem geraden Draht eine Leiterschleife verwenden (B 17.6 b), dann macht diese immerhin eine ¼ Drehung, bevor sie zum Stillstand kommt. Damit du einen pausenlosen Umlauf bekommst, musst du den Strom immer wieder umpolen, so wie das in B 17.6 c vereinfacht dargestellt ist. Motoren im Alltag sind komplizierter aufgebaut, aber die Arbeitsweise ist haargenau dieselbe. Das werden wir uns in Kap. 17.4 noch ansehen. Für den einfachsten Elektromotor der Welt brauchst du nur eine Batterie, eine Eisenschraube, einen zylinder- oder kugelförmigen Supermagneten und ein Stück Draht (B 17.7) – und los geht’s! Hier siehst du ganz transparent die Grundlagen für einen Elektromotor: Du brauchst im Prinzip nur ein Magnetfeld und Strom, damit du eine fortlaufende Bewegung erzeugen kannst. Eine weitere sehr verbreitete Anwendung der LorentzKraft sind Lautsprecher und somit auch Ohrhörer, die ja Lautsprecher im Miniformat sind (B 16.14, S. 77). Sprache und Musik kommen in Form eines sich ständig verändernden Stroms zum Lautsprecher und bringen dort die Spule und somit auch die Membran zum Schwingen (B 17.8). Diese Schwingungen erzeugen Schallwellen, die dann in deine Ohren gelangen. In A2 bis A4 geht es um die Ablenkung einzelner geladener Teilchen in Magnetfeldern. Strom ist ja nichts anderes als die Bewegung von Ladungen. Das gilt bereits für einzelne Teilchen, die deshalb durch die Lorentz-Kraft abgelenkt werden. Wenn diese immer quer zur Bewegungsrichtung steht, entstehen Kreisbahnen (B 17.4) oder Spiralbahnen (B 17.1 und B 17.3). B 17.7 Der einfachste Elektromotor der Welt Membran Magnet Spule Korb B 17.8 Die Grundlage eines Lautsprechers ist die Lorentz-Kraft. Kurz zusammengefasst Stromdurchflossene Leiter, aber auch einzelne geladene Teilchen, werden auf Grund der Lorentz-Kraft in einem Magnetfeld abgelenkt. Das ist die Grundlage für Motoren und viele andere Anwendungen, etwa Elektromotoren und Lautsprecher. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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