Magnetfelder und Kräfte — Physik, 14–17 Jahre
Magnete und elektrische Ströme können Kräfte ohne Berührung ausüben. Ein Magnetfeld zeigt, wo diese Wirkungen auftreten, und der Motoreffekt erklärt, wie sich ein stromdurchflossener Draht im Feld bewegen kann.
Ein Feld und der Motoreffekt
Ein Magnetfeld ist ein Bereich, in dem ein Magnet oder eine bewegte Ladung eine magnetische Kraft spüren kann. Fließt Strom durch einen Draht im Feld, kann der Draht seitlich gedrückt werden. Am größten ist die Kraft bei einem rechten Winkel; ihre Richtung hängt von beiden ab.
Warum man Felder einführte
Magnete schienen durch leeren Raum zu wirken, daher reichte die Vorstellung von Kräften nur bei Berührung nicht aus. Der Feldbegriff gibt jedem Punkt im Raum eine Stärke und Richtung, sodass man Wirkungen vorhersagen kann, bevor man einen Draht oder Magneten dort platziert. Kompass- und Stromversuche zeigten den Zusammenhang von Elektrizität und Magnetismus.
Die Kraft auf einen Draht
Ein 0,20 m langer Draht führt 3,0 A senkrecht durch ein Magnetfeld von 0,50 T. Wir verwenden F = BIL. Also F = 0,50 × 3,0 × 0,20 = 0,30 N. Wäre der Draht parallel zum Feld, gäbe es wegen des Winkels keine seitliche Kraft statt des Höchstwerts.
Der häufige Denkfehler
Man könnte denken, jeder stromdurchflossene Draht werde von einem Magneten gedrückt. Genauer gesagt muss der Draht in einem Magnetfeld liegen; bei paralleler Anordnung entsteht keine seitliche Kraft. Der Fehler ist verständlich, weil Strom und Magnet vorhanden sind, doch die Richtung zählt ebenso wie die Stärke.
Wo es verwendet wird
Ein Elektromotor nutzt diese Kraft auf stromdurchflossene Spulen und wandelt elektrische Energie in Drehung um. Lautsprecher verwenden eine ähnliche bewegte Spule, die eine Membran schwingen lässt und Schall erzeugt. Motoren brauchen zusätzlich eine Anordnung, die die Drehung fortsetzt; ein einzelner Draht zeigt nur das Grundprinzip.
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