Zuerst demonstriere ich eine Leiterschleife im Magnetfeld. Danach stelle ich die Formeln zur Lorentzkraft vor. Schließlich zeige ich mehrere Formeln zum Berechnung von Magnetfeldern.
Leiterschleife im Magnetfeld
Was geschieht, wenn wir einen stromdurchflossenen Draht in ein Magnetfeld bringen?
Wie wirken beide Magnetfelder aufeinander?
Versuch
Wir bringen eine Leiterschleife in das Magnetfeld eines Hufeisenmagneten.
Stromdurchflossene Leiter erfahren im Magnetfeld Kräfte.
Wenn sich ein stromdurchflossener Leiter in einem homogenen Magnetfeld befindet, so wird er hinausgedrückt oder hineingezogen.
Formeln zur Lorentzkraft
Die Kraft, die auf den Leiter wirkt heißt Lorentzkraft.
Die Größe der Kraft ist proportional
- zum Strom I, der durch den Leiter fließt
- zur Länge des Leiters L im Magnetfeld und
- zur Stärke des Magnetfeldes B
Es gelten folgende Formeln:
Versuch
Wir untersuchen zwei stromdurchflossene parallele Leiter in Abhängigkeit von der Stromrichtung.
Wenn der Strom in gleicher Richtung fließt, dann ziehen die beiden Leiter sich an.
Wenn der Strom in entgegengesetzter Richtung fließt, dann stoßen die beiden Leiter sich ab.
Berechnung von Magnetfeldern
1. Formeln für die Feldstärke eines langen geraden Leiters
Rechenbeispiel
Stromstärke I = 10 A, Abstand vom Leiter r = 5 cm = 0,05 m.
2. Formeln für die Feldstärke im Inneren einer langen Spule
Rechenbeispiel
Stromstärke I = 5A, Windungszahl n =250, Spulenlänge L = 10cm = 0,1m
3. Formeln für die Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter in einem Magnetfeld (Lorentzkraft)
Die magnetische Induktion B
Rechenbeispiel
Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld
4. Formeln für die Kraft zwischen zwei stromdurchflossenen parallelen Leitern
Definition des Ampere durch Kraftwirkung zwischen zwei Leitern von 1 m Länge im Abstand von 1 m.
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