Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

53 15.3 Magnetfeld Kräfte zwischen stromdurchflossenen Leitern A1 Überlege: Auch wenn kein Strom fließt, führen die Elektronen im Leiter ständig eine thermische Bewe- gung aus. Warum ist dennoch kein Magnetfeld nach- weisbar? 15.3.2 Fließt durch die Leiter elektrischer Strom, so kann die Kraftwirkung zwischen den bewegten Elektronen di- rekt beobachtet werden. Wir unterscheiden je nach der Schaltung der beiden Leiter zwei Fälle: Bei paral- lel durchflossenen Leitern wird eine Anziehungskraft zwischen den Leitern beobachtet; die entgegenge- setzt durchflossenen Leiter stoßen einander ab (siehe Abb. 53.2). Die Wechselwirkung zwischen zwei stromdurchflos- senen Leitern kann so verstanden werden, dass jeder der Leiter ein Magnetfeld aufbaut, in dem der andere Leiter eine magnetische Kraft erfährt. Aufgrund des Stromflusses bewegen sich in beiden Leitern Ladun­ gen Q. Auf die bewegten Ladungen des einen Leiters wirkt nun das Magnetfeld des zweiten Leiters. Magnetische Induktion B Die Stärke des Magnetfeldes wird auch als magneti- sche Induktion B bezeichnet. Bewegt sich eine Ladung Q mit der Geschwindigkeit v normal zu B, so erfährt sie (dem Betrag nach) eine Kraft F, die proportional zu Q, v und B ist. Im SI ist die- ser Proportionalitätsfaktor gleich 1. Es gilt: F = Q · v · B Bemerkung: Die magnetische Induktion B ist an sich eine Größe, die von der Ladung und von der Geschwindigkeit eines im Magnetfeld abgelenkten Teilchens unabhängig ist. Auch ohne das abgelenkte Teilchen kann das Magnet- feld vorhanden sein. Die im vorigen Kasten angegebene Formel erlaubt lediglich, nach der Bestimmung von F, Q und v die Stärke des Magnetfeldes anzugeben. Die Kraft auf ein bewegtes Teilchen im Magnetfeld wird im Kapitel 15.5 genauer behandelt. 15.3.3 Versuch Magnetische Feldlinien Wir untersuchen das Magnetfeld um einen strom- durchflossenen Leiter, indem wir kleine Eisenspäne („Eisenfeilspäne“) auf eine Platte streuen, auf die der Leiter senkrecht steht. Sobald Strom fließt, ordnen sich die Eisenfeilspäne zu konzentrischen Kreisen um den Leiter. Abb. 53.1 Darstellung des Magnetfeldes um einen Leiter + _ Um einen stromdurch- ossenen Leiter ordnen sich die Eisenspäne in konzentrischen Kreisen an. Versuch Kraftwirkung zwischen parallelen stromdurchflossenen Leitern Zwei leicht bewegliche Leiter (beispielsweise dünne Aluminiumbänder) werden in kurzem Abstand par- allel gespannt. Abb. 53.2 Kräfte zwischen stromdurchflossenen Leitern _ + _ + Gleich ziehen einander an sinnig strom- durch ossene Leiter . Gegen einander ab sinnig strom- durch ossene Leiter stoßen . a) b) Parallele Ströme ziehen einander an, antiparallele Ströme stoßen einander ab. B Q v F $ = B …magnetische Induktion F …Kraft auf eine bewegte Ladung Q … Ladung v …Geschwindigkeit der Ladung Einheit: [ B ] = N/(A · m) = kg · s –2  · A –1 = T (Tesla) Betrag der magnetischen Induktion B : Nur zu Prüfzweck n – Eigentum des Verlags öbv