Frage von IchVanessa, 42

Wieso kann die Lorentzkraft wirken wenn sich die Elektronen im Magnetfeld nicht bewegen?

Hallo :) Wir haben in der Schule ein Experiment gemacht bei dem wir einen Stabmagneten in eine Spule gehalten haben. Dabei wurde dann eine Spannung induziert. Aber wie kann die Lorentzkraft denn hier wirken, wenn sich die Elektronen an sich gar nicht bewegen? Es bewegt sich ja eigentlicch nur der Magnet. Danke schonmal im Vorraus :)

Antwort
von lks72, 42

Zunächst einmal wird die Spannung nur induziert, wenn sich der Magent bewegt.

Dieser Versuch lässt sich aus zwei Bezugssystemen beschreiben, der Versuch an sich ist jedesmal gleich, die mathematische Beschreibung aber nicht.

1. Variante: Bezugssystem Spule. Die Spule ruht also, der Magnet bewegt sich. Bewegte Ladungen gibt es hier nicht, also auch keine Lorentzkraft. Allerdings gibt es ein veränderliches magnetisches Feld, und dieses induziert nach dem Induktionsgesetz die elektrische Spannung (genauer gesagt wird ein elektrisches Wirbelfeld gebildet).

2. Variante: Bezugssystem Magnet. Hier ruht der Magnet, die Spule bewegt sich. Ein sich veränderndes Magnetfeld gibt es hier nicht, daher wird nach dem Induktionsgesetz auch keine Spannung induziert. Allerdings bewegen sich jetzt die Ladungsträger in der Spule im Magnetfeld, daher wirken auf diese Ladungsträger die Lorentzkraft, welche für die elektrische Spannung verantwortlich ist.

Du siehst, in beiden Fällen wird eine elektrische Spannung erzeugt, die mathematische Beschreibung ist aber völlig verschieden. Dies ist aber ein ganz normales Problem bei Bezugssystemwechsel (Stichwort Relativitätstheorie: Die Längenkontraktion in einem ist die Zeitdilatation im anderen Bezugssystem).

In der Schule geht man solchen Problemen in der Regel aus dem Weg, indem man einen Versuch nur in einem Bezugssystem beschreibt, und zwar in dem mathematisch einfachsten, es sei denn, Bezugsysteme sind explizit Thema im Unterricht, aber ich vermute, du bist eher von selbst als eine Art Widerspruch im Rahmen des Unterrichts darauf gekommen.

Expertenantwort
von PWolff, Community-Experte für Physik, 32

Es ist hier keine Lorentzkraft im engeren Sinne (https://de.wikipedia.org/wiki/Lorentzkraft#Doppeldeutige_Bezeichnung).

Aber das Magnetfeld am Ort des Elektrons ändert sich. Und ein sich änderndes Magnetfeld erzeugt ein elektrisches (Wirbel-)Feld.

Antwort
von Wechselfreund, 21

Magnetfeld und Elektron bewegen sich relativ zueinander. Würde man Stabmagnet und Spule in gleicher Art bewegen entsteht auch keine Lorentzkraft.

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