Warum ist die Polung so?
Man hat einen Nagel mit Kupferdraht umwickelt und mit einer Batterie verbunden. Außen, also an der Spitze und am Kopf werden die Büroklammern anezogen. In der Mitte nicht. Nähert man der Spitze und dem Kopf einen Kompass an, so stellt man fest, dass die Spitze positiv (Nordpol) und der Kopf negativ (Südpol) ist. Vertauscht man die Anschlüsse an der Batterie, so stellt man fest, dass sich nichts ändert. Ändert man den Drehsinn der Wicklungen des Kupferdrahtes, so ist ebenfalls keine Veränderung zu sehen. Wickelt man den Draht doppelt, so erkennt man immer noch keine Veränderung. Warum ist das jeweils so?
2 Antworten
Ich gebe dir mal eine Erläuterung für ein anderes Beispiel, wobei dir dies helfen sollte dein Phänomen zu verstehen:
Stell dir einen langen geraden Draht vor. An die beiden Enden wird jeweils einer der Pole einer Batterie geklemmt, also + oder - Pol. Es entsteht also eine Potentialdifferenz zwischen den beiden Enden des Drahtes, wobei diese durch die Batterie konstant gleichgehalten wird. Aufgrund der Spannungsdifferenz und einem geschlossenen Stromkreises kommt es nun zum Fluss von Ladungsträgern, ein elektrischer Strom. Die Elektronen fließen dabei von - nach +, nach der Physikalischen Stromrichtung, oder von + nach -, nach der technischen Stromrichtung. Wir betrachten das ganze nun einmal aus der physikalischen Stromrichtung. Ihr solltet gelernt haben, dass bewegte Ladungträger, ein elektrischer Strom, ein Magnetfeld hervorrufen. Die Magnetfeldlinien haben dabei eine bestimmte Orientierung, sie lässt sich bestimmen indem du deine linke Hand nimmst und nun eine Faust ballst. Du zeigst anschließend mit deinem Daumen in die Stromflußrichtung, deine Finger welche den Rest der Faust ausmachen zeigen nun entlang der Magnetfeldlinien, wobei die Fingerspitzen die Orientierung/Richtung angeben. Zeichne mal eine gerade Linie und lasse am oberen Ende der + Pol und am unteren Ende der - Pol sein. Es erfolgt ein Stromfluss von - nach +. Rechts vom Draht (in der Ebene des Blattes) müssten nun die Magnetfeldlinien senkrecht heraustreten und auf der linken Seite vom Draht müssten sie "senkrecht in das Blatt eintreten".
Hier ein Link zu einem Bild:
http://ls-magnetismus.weebly.com/uploads/2/8/9/8/28984567/78983_orig.gif
(Hier jedoch aus Sicht der technischen Stromrichtung, du musst also anstatt der linken Hand die rechte verwenden.Bei Interesse suche nach: " Magnetfeld Draht")
Wenn du nun einen Kompass in das Magnetfeld bewegst und am besten tangential an die Magnetfeldlinien hälst, so wird sich die Kompassnadel entlang der Magnetfeldlinien ausrichten, genau in die Richtung der Ausrichtung der Magnetfeldlinien.
Ändern wir nun die Anschlüsse und vertauschen die beide Pole, so sollte schnell ersichtlich werden, dass sich die Orientierung des Magnetfeldes ändert, sie kehrt sich um.
Den Aufbau den du beschreibst würde mich nun an den Aufbau einer simplen Spule mit Eisenkern erinnern. Was passiert nun bei einer Spule und wie sieht ihr Magnetfeld aus?
Hier ein Bild dazu:
(Auch hier wieder aus Sicht der technischen Stromrichtung)
Simpel ausgedrückt gehen die Magnetfelder um die einzelnen Windungen alle ineinander über und erzeugen das Bild das du in dem Link sehen kannst. Ein Magnetfeld, wie es ein herkömmlicher Permanentmagnet erzeugt. Dabei kannst du zur Annäherung einfach mal mit der "Faustregel" die Orientierung des Magnetfeldes um eine Windung und somit das "Aussehen" des Magnetfeldes um eine Windung ermitteln, wenn du nach dem Bild gehst mit der rechten Hand und mit der Stromflussrichtung von + nach -. Jetzt stell dir vor du hängt mehre dieser Windungen und die Magnetfelder gehen alle ineinander über, dann solltest du auf ein Aussehen wie in dem Bild kommen.
Was passiert hier nun, wenn wie die Stromrichtung ändern? Um Es zu vereinfachen betrachte einfach eine Spule mit nur einer Windung. Es ist genauso wie zuvor, die Magnetfeldrichtung kehrt sich um. Was passiert nun, wenn wir mehr Windungen hinzu packen, die in der gleichen Art und Weise durchflossen werden? Die Magnetfelder gehen ineinander über und wir erhalten einfach das gleiche wie in dem Bild nur das sich im Vergleich zu Vorher die Magnetfeldrichtung umgekehrt hat.
Zu guter letzt gibt es hier noch mehr Informationen:
http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/magnetisches-feld-spule
Vertauscht man die Anschlüsse an der Batterie, so stellt man fest, dass
sich nichts ändert. Ändert man den Drehsinn der Wicklungen des
Kupferdrahtes, so ist ebenfalls keine Veränderung zu sehen.
Das stimmt so nicht. Wenn Du die Stromrichtung änderst oder den Wicklungssinn des Drahtes, dann dreht sich die Stromrichtung um und damit auch das Magnetfeld des Nagels. Siehe Bild. Aus Nordpol wird Südpol und umgekehrt.
Warum wird trotzdem die Büroklammer in beiden Fällen angezogen.
Die Büroklammer wird magnetisiert. Das Magnetfeld der Büroklammer nimmt die gleiche Ausrichtung, wie das erregende Magnetfeld des Nagels an. Damit steht im linken Bild der Norpol des Nagels dem Südpol der Büroklammer gegenüber. Ungleichnamige Pole ziehen sich an.
Dreht man nun die Stromrichtung oder den Wicklungsinn um (rechtes Bild) dann stehen sich der Südpol des Nagels und der Nordpol der Büroklammer gegenüber. Es kommt wieder zur Anziehung.
Außen, also an der Spitze und am Kopf werden die Büroklammern angezogen. In der Mitte nicht.
Auch in der Mitte übernimmt die Büroklammer die Richtung des Magnetfeldes des Nagels. Aber hier befindet sich der Nordpol der Büroklammer etwa in gleicher Entfernung zum Nordpol des Nagels und zum Südpol des Nagels. Anziehungskraft und Abstossungskraft halten sich hier die Waage und löschen sich fast aus. Die gleiche Bilanz findet man für den Südpol der Büroklammer.
Noch ein Wort zum Kompass: Warum regiert der Kompass nicht ähnlich wie die Büroklammer. Immerhin kann er säuberlich zwischen Nord- und Südpol des Nagels unterscheiden. Bei Umpolung der Batterie müsste die Nadel eine 180° Drehung machen. - Es liegt daran, dass die Kompassnadel aus hartmagnetischem Material besteht. Das hierin eingeprägte Magnetfeld lässt sich nicht so ohne weiteres durch ein äusseres Magnetfeld "überschreiben".
