Lorentzkraft

Hallo, unser heutiges Thema ist die „Lorentzkraft“. Du solltest dazu einige Gesetzmäßigkeiten der elektromagnetischen Induktion kennen, sowie etwas über bewegte Ladungen, Ströme und Magnetfelder wissen. Wir lernen heute etwas über die Lorentzkraft und ihre Eigenschaften. Sowie einen Zusammenhang zwischen Induktion und Kraft auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld und wie „Drehspulinstrumente“ funktionieren. Wir betrachten das „Leiterschaukel-Experiment“. Eine Leiterschaukel hängt in einem Magnetfeld. Sie ist Teil eines Stromkreises, der zunächst offen ist. Wird nun der Stromkreis geschlossen, so beobachten wir einen Ausschlag der Leiterschaukel nach rechts. Auf die Leiterschaukel wirkt im Magnetfeld eine Kraft senkrecht zu den magnetischen Feldlinien und senkrecht zur Elektronenbewegung. Diese Kraft wird als Lorentzkraft bezeichnet. Sie wird nach dem niederländischen Mathematiker und Physiker Henrik Anton Lorentz, der von 1853 bis 1928 lebte, so genannt. Die Richtung der Kraft kann mithilfe der „Drei-Finger-Regel“ der linken Hand bestimmt werden. Zeigt der Daumen in die Richtung der Ursache, hier Bewegungsrichtung der Elektronen, also von Minus nach Plus, der Zeigefinger in Richtung des Magnetfeldes, das wird „Vermittlung“ genannt, dann gibt der Mittelfinger die Richtung der Wirkung, hier die Richtung der Kraft, also der Lorentzkraft, an. Nun zu einem Zusammenhang des geschilderten Experimentes zur elektromagnetischen Induktion. „Elektromotorisches Prinzip“ und „Induktion“: Auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld wirkt eine Kraft senkrecht zu den Feldlinien und senkrecht zur Bewegungsrichtung der Elektronen. Dieser Vorgang wird als „elektromotorisches Prinzip“ bezeichnet. Mit der UVW-Regel der linken Hand kann die Richtung der Kraft angegeben werden. Daumen: Richtung der Ursache, hier Bewegungsrichtung der Elektronen. Zeigefinde: Richtung der Vermittlung, also der Magnetfeldlinien. Und der Mittelfinger gibt die Richtung der Wirkung, hier Richtung der Lorentzkraft, an. Kurz gesagt, elektrische Strom, daraus folgt mechanische Bewegung, das passiert in jedem Elektromotor. Das elektromotorische Prinzip ist die Umkehrung der „elektromagnetischen Induktion“. Aus mechanischer Bewegung kann in einem Magnetfeld eine Spannung erzeugt werden. Mithilfe der UVW-Regel der linken Hand können auch hier die Verhältnisse erklärt werden. Daume: Richtung der Ursache, hier die Bewegungsrichtung des Leiters. Zeigefinger: Richtung der Vermittlung, also wieder Richtung der Magnetfeldlinien. Mittelfinger: Richtung der Wirkung, hier die Bewegungsrichtung der Elektronen. Auch hier kann wieder kurz formuliert werden, aus mechanischer Bewegung folgt eine elektrische Spannung. Das passiert in jedem Generator. Über Bau und Funktion von Elektromotoren und Generatoren kannst Du Dich in anderen Videos informieren. Nun zu einer Anwendung der Wechselwirkung zwischen elektrischem Strom und Magnetfeld. Das Drehspulinstrument: Die magnetische Wirkung des elektrischen Stromes kann in einem Messgerät zur Bestimmung der Stromstärke genutzt werden. Das Prinzip funktioniert so: Durch eine Spule im Magnetfeld eines Hufeisenmagneten, fließt ein Strom und erzeugt selbst ein Magnetfeld. Dadurch entstehen „Abstoßungskräfte“. Wird die Spule mit einem Zeiger verbunden und das Gerät geeicht, kann eine Stromstärke gemessen werden. Denn je größer die Stromstärke, desto größer der Zeigerausschlag. Da der zu messende Strom durch das Gerät fließen muss, werden Strommesser in Reihe zu einem bestimmten Bauelement geschaltet. Wir fassen zusammen: Elektromotorisches Prinzip: Auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld wirkt eine Kraft, Lorentzkraft, senkrecht zu den Feldlinien und senkrecht zur Bewegungsrichtung der Elektronen. Die elektromagnetische Induktion ist die Umkehrung des elektromotorischen Prinzips. UVW-Regel der linken Hand: Daumen: Richtung der Ursache. Zeigefinger: Richtung der Magnetfeldlinien, also Vermittlung. Und Mittelfinger: Richtung der Wirkung. Das war es für heute. Ich hoffe, Dir hat es etwas Spaß gemacht und Du hast alles verstanden. Bis zum nächsten Mal.