Magnetfeld - Lorentzkraft
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i) Bewegte Ladungen erzeugen ein kreisförmiges Magnetfeld.

ii) Bewegte Ladung werden von einem äußeren Magnetfeld beeinflusst:
So wirkt auf die bewegten Ladung in einem B-Feld eine Kraft, die Lorentzkraft.

Eigenschaften der Lorentzkraft:

für bewegte Elektronen gilt die "Drei - Finger - Regel" der linken Hand:
Daumen: ve; Zeigefinger: B-Feld; Mittelfinger: FL
die Lorentzkraft FL steht senkrecht auf der Bewegungsrichtung ve und dem B-Feld
Mathematisch ist dies das sogenannte Kreuzprodukt:
(Gesucht ist ein Vektor, der auf zwei vorgegebenen Vektoren senkrecht steht!)

Für die Stärke der Lorentzkraft spielt nur die Geschwindigkeitskomponente senkrecht zum B-Feld eine Rolle:
ve || B: Lorentzkraft Null
ve ^ B: Lorentzkraft maximal
sonst: Geschwindigkeit in zwei Komponenten senkrecht / parallel zum B-Feld zerlegen
Unabgelenkter Elektronen-
strahl
Abgelenkter Strahl: B nach unten, Strahl nach vorne, Ablenkung nach links

Experiment: Eine Leiterschleife der Breite s hängt senkrecht zu einem Magnetfeld (das durch eine lange Spule erzeugt wird - hier nach hinten orientiert) an einem Kraftmesser.
Die Lorentzkräfte F2 und F3 der seitlichen Leiterstücke heben sich auf, übrig bleibt die Kraft F1 aufgrund des unteren Leiterstücks.

  1. Wir variieren die Stromstärke I in der Leiterschleife und beobachten die Auslenkung des Kraftmessers: Ergebnis: FL~ I
  2. Wir variieren die Leiterbreite s (bzw. die Anzahl der Windungen) und beobachten die Auslenkung des Kraftmessers: Ergebnis: FL~ s
Folgerung: Die Stärke der Lorentzkraft ist bei einem stromdurchflossenen Leiter proportional zur Stromstärke I (die ja auch die Richtung der bewegten Ladung angibt) und zur Länge s des Leiters im Magnetfeld: FL ~ I s

Da eine Kraft senkrecht zur Bewegungsrichtung keine Energie zuführt (Arbeit = Kraft in Wegrichtung mal Weg), führt die Lorentzkraft "nur" zu einer Richtungsänderung, nicht aber zur Veränderung der Schnelligkeit.

Da eine Kraft, die stets senkrecht zur Bewegungsrichtung steht, eine Kreisbewegung erzeugt, führen geladene Teilchen in einem Magnetfeld eine Kreisbewegung durch.

Die Ursache für die Lorentzkraft ist die magnetische Kraftwirkung zwischen dem äußeren Magnetfeld und dem kreisförmigen Magnetfeld der bewegten Ladung.

 
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