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Lorentzkraft 06:03 min

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Transkript 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.

9 Kommentare
  1. sehr sehr gut erklärt!

    Von Antonstielow, vor 9 Monaten
  2. Habe ich sehr gut verstanden:)

    Von Ann-Kathrin C., vor mehr als einem Jahr
  3. Habe ich nicht gut verstanden

    Von lilli K., vor fast 2 Jahren
  4. @ Birgit

    Es gibt zwei Stromrichtungen, die technische Stromrichtung von Plus nach Minus und die physikalische Stromrichtung von Minus nach Plus.

    Die technische Stromrichtung ist eine einfache Festlegung, leider entgegengesetzt zum Elektronenstrom von Minus nach Plus. Daher muss sie als Lochleitung dargestellt werden, also wie sich leere Plätze in einem nahezu vollem Kino bewegen.

    Die Physikalische Stromrichtung ist die Bewegungsrichtung des Elektronenstroms im Leiter. Also von Minus nach Plus.

    Wenn du den Daumen in die Bewegungsrichtung der Elektronen halten möchtest, verwendest du die LINKE Hand. Willst du die den Daumen in die technische Stromrichtung halten nutzt du die RECHTE Hand.

    Von Karsten Schedemann, vor fast 3 Jahren
  5. Habs nicht geblickt.
    Vor allem : Wir haben in der Schule die 3-Finger-Regel der RECHTEN Hand ?!

    Von Birgit 22, vor fast 3 Jahren
  1. Verstehe ich nicht

    Von Sascha 5, vor etwa 4 Jahren
  2. Habs (nicht) verstanden

    Von Meike Ekki, vor mehr als 4 Jahren
  3. Also ich fand es ganz ok, nur leider habe ich auch nicht alles verstanden :(

    Von O O Lisa Oo, vor etwa 5 Jahren
  4. hat mir überhaupt nicht geholfen, ich bin nur noch mehr verwirrt -.-`

    Von Klewesn, vor mehr als 5 Jahren
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Lorentzkraft Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Lorentzkraft kannst du es wiederholen und üben.

  • Beschreibe das elektromotorische Prinzip.

    Tipps

    Das elektromotorische Prinzip ist die Umkehrung der Induktion.

    Lösung

    Das elektromotorische Prinzip besagt, dass auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld eine Kraft senkrecht zu den Feldlinien und senkrecht zur Stromrichtung wirkt. Somit ist es genau die Umkehrung der „Induktion".

  • Benenne den Entdecker der Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld.

    Tipps

    Nach ihm wurde die Wirkung der UVW-Regel benannt.

    Lösung

    Die Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld heißt Lorentz-Kraft. Das liegt daran, dass Hendrick Antoon Lorentz diese Kraft entdeckt hat. Du kennst diese Kraft auch als „Wirkung" in der UVW-Regel für die linke Hand.

  • Ordne den Fingern ihre Bedeutung in der UVW-Regel zu.

    Tipps

    Mit der UVW-Regel können wir vorhersagen in welche Richtung sich die Leiterschaukel im „Leiterschaukelexperiment" bewegen wird.

    Lösung

    Die UVW-Regel erklärt die Zusammenhänge zwischen der Stromrichtung, welche „Ursache" oder kurz „U" genannt wird, der Richtung der Magnetfeldlinien, die hier „Vermittlung" (kurz „V") genannt wird, und der „Wirkung" dieser beiden, kurz „W". Die Wirkung entspricht der Auslenkung durch die Lorentz-Kraft.

    Dabei wird die Ursache durch den Daumen, die Vermittlung mit dem Zeigefinger und die Wirkung mit dem Mittelfinger dargestellt.

  • Analysiere was passiert, wenn wir die technische Stromrichtung anstatt der physikalischen betrachten.

    Tipps

    Wir betrachten das angelegte äußere Magnetfeld, nicht direkt das des stromdurchflossenen Leiters.

    Probiere es mit der UVW-Regel einmal aus !

    Lösung

    Wir legen der Lorentzkraft mit der UVW-Regel eine Richtung auf Basis der Richtungen von Strom und Magnetfeld zugrunde. Die technische Stromrichtung wirkt von + nach -, also der physikalischen Stromrichtung entgegen.

    Das heißt, wir müssten bei der UVW-Regel den Daumen in die andere Richtung, also nach links, halten. Das Magnetfeld bleibt gleich. Somit würde sich die Richtung der Kraft umkehren, nicht mehr von dir weg, sondern auf dich zu.

  • Untersuche die Unterschiede zwischen Elektromotor und Generator.

    Tipps

    Für Generator und Motor gilt die „Linke-Hand-Regel".

    Ein Automotor erzeugt Bewegung.

    Ein Generator erzeugt Strom aus Bewegung.

    Lösung

    Der Elektromotor basiert auf dem „elektromotorischen Prinzip". Das heißt, ein stromdurchflossener Leiter erfährt eine Kraft im Magnetfeld. Daraus resultiert eine Bewegung, die genutzt werden kann. Der Generator funktioniert genau umgekehrt, das heißt, wird ein Magnet im Magnetfeld bewegt, entsteht eine Spannung. Dieses Prinzip kennen wir als Induktion. Das heißt, bei beiden Vorgängen, Induktion und dem elektromotorischen Prinzip, kann die „Linke-Hand-Regel" eingesetzt werden. Wichtig ist hierbei nur die technische und die physikalische Stromrichtung zu unterscheiden.

  • Leite die Richtung des Induktionsstroms her.

    Tipps

    Magnetfeld, Strom und Lorentzkraft sind senkrecht zueinander.

    Der Daumen bezeichnet die Ursache, hier also die Lorentzkraft.

    Das Magnetfeld ist weiterhin die Vermittlung, also der Zeigefinger.

    Lösung

    Anhand der Zeichnung können wir die Aussagen leicht prüfen. Es gilt die UVW-Regel, das heißt, Magnetfeld, Lorentzkraft und Elektronenbewegung müssen stets senkrecht aufeinanderstehen. Zeigt zum Beispiel das Magnetfeld (Zeigefinger) von oben nach unten und die Lorentzkraft (Daumen) auf dich zu, muss der Strom nach rechts fließen. Für den Fall, das keine Kraft wirkt, fließt auch kein Strom.