Wodurch entsteht die Lorentzkraft beim Leiterschleifenversuch?
Hallo erstmal,
Ich verstehe trotz sämtlich getätigten Internetrecherchen nicht, wieso beim dem physikalischen Versuch mit einer Leiterschleife und einem Hufeisenmagneten, die Leiterschleife bei Aktivierung des Stroms in eine Richtung gedrückt wird. Ich weiß, dass dafür die Lorentzkraft verantwortlich ist, verstehe aber nicht wodurch diese entsteht bzw. Ich verstehe nicht, wieso die Elektronen im stromdurchflossenen Leiter nach der 3 Finger-Regel in eine Richtung gedrückt werden.
Über Hilfe würde ich mich sehr freuen :)
Lg Colin
1 Antwort
Elektronen haben eine (negative) Ladung, sie sind also Ladungsträger.
Wenn man einen Leiter durch ein Magnetfeld bewegt, werden die im Leiter enthaltenen Ladungsträger durch diese Kraft in Bewegung versetzt, es wird ein Strom induziert. Umgekehrt stoßen sich die in einem Leiter bereits fließende (sich bewegende) Ladungsträger durch ihre Ladung von einem Magnetfeld ab, was sich auf den Leiter überträgt, sodass sich dieser bewegt.
Und haben die Elektronen folglich eine "Biegung", weil auf der einen Seite die durch das Magnetfeld zugefügte "Kreisbahn" durch den sowieso vorhandenen stromfluss beschleunigt, und auf der anderen Seite verlangsamt wird? Wenn ja hätte ichs verstanden ;)
Danke schonmal für die Hilfe
Die Bewegung ist geradlinig, d.h. folgt senkrecht zu den Feldlinien, hier ist es erklärt. https://studyflix.de/elektrotechnik/lorentzkraft-1821
Ich dachte auch, dass das ganze mit der speziellen Relativitätstheorie zusammenhängt, das bring mich gerade alles etwas durcheinander
Hat schon mit der Längenkontraktion zu tun, ist aber die viel kompliziertere Erklärung.
Könntest du mir diese vielleicht im Zusammenhang mit diesem Versuch erkläre :/? Ich finde im Internet leider nur Erklärungen mit Längenkontraktionen, die erklären, wieso andere Elektronen von einem Stromdurchflossenen Leiter angezogen werden. Aber ich wüsste nicht wie ich das auf diesen Versuch anwenden könnte.
Wäre wirklich sehr nett wenn du mir das erklären könntest, nochmal danke bis jetzt 👍🤗
Die Kraft kommt durch die unterschiedlichen Längen der verschiedenen Bezugssysteme zustande. Schon die relativ langsame Bewegung der Elektronen gegenüber dem Magnetfeld wirkt sich genügend relativistisch aus. Am besten (einigermaßen verständlich) erklärt dies der Abschnitt Lorentzkraft weiter unten im Artikel. https://de.wikipedia.org/wiki/Spezielle_Relativit%C3%A4tstheorie
Ich habe mir den Artikel eben mal durch gelesen, und verstehe auch die Inhalte, jedoch kann mir immer noch nicht vorstellen wie das auf diesen Versuch übertragbar ist.
Ich kann leider die unterschiedliche Längenkontraktion der verschiedenen Bezugssysteme auch nicht anders erklären, sorry...
Einfacher ist die Erklärung, dass die in einem Leiter bewegten Ladungsträger durch ihre Ladung um den Leiter ein Magnetfeld aufbauen, welches mit dem Feld des Hufeisenmagneten wechselwirkt, bzw. eine Kraft ausübt.
Vielleicht hilft dir weiter, dass Elektronen einen Spin haben, sie drehen sich um die eigene Achse und bilden so kleine elementare Magnete, die sich im Stromfluss ausrichten und um den Leiter ein Magnetfeld bilden.
Sind Elektronen nicht punktförmige Massen? Müsste man eine Vektor durch sie ziehen, der sich dann "spinnt"?
Alles was wir verwenden sind nur Modelle, siehe dazu auch das Thema Teilchen oder Welle beim Licht. Verwendet wird dann das Modell, welches für eine bestimmte Erklärung geeignet ist. So sind Elektronen je nach Modell einmal punktförmig und einmal nicht. http://wwwex.physik.uni-ulm.de/lehre/gk3b-2003-2004/node59.html
Abschließend noch dies: Die verschiedenen Modelle kommen daher, weil im Bereiche der Quanten mehrere Zustände miteinander möglich sind, bei Licht Teilchen und Welle. Beim Doppelspaltexperiment wird die Welle festgelegt, beim Photoeffekt sind es Teilchen.
Ich kann mir das ganze jetzt so weit erklären, wenn ich voraussetzte, dass Elektronen (bzw. freie Ladungsträger) im homogenen Magnetfeld kreisen (wenn sie bewegt sind). Ich habe noch einmal etwas recherchiert, kann mir aber immer noch nicht erklären weshalb sie kreisen. Mir ist bewusst, dass die Lorentzkraft hier als Zentripetalkraft wirkt, aber wodurch einsteht diese? Hängt das mit dem Elektronenspin o.ä. zusammen?
Ja, durch den Spin werden die Elektronen zu kleinen Magneten, die mit dem Hufeisenmagneten wechselwirken.
In wie fern "wechselwirken"? Warum wird von den Elektronen bzw. Kleineren Magnete eine Seite "bevorzugt" (sie kreisen entweder im/gegen den Urzeigersinn nach der 3-Finger-Regel? Theoretisch müssten sie ja eigentlich einfach vom Hufeisenmagnet ausgerichtet werden. Ich meine die Kreise sind ja letztendlich senkrecht zu den Feldlinien... wie kann das sein?
Nochmal vielen Dank, dass du dir da Zeit nimmst mir zu antworten, du/sie hast/haben mir schon sehr geholfen ^^
Das "Du" ist in der Community schon o.k. Sobald Spannung angelegt wird, fließen die durch den Hufeisenmagneten ausgerichteten kleinen Magnetchen und bewirken die Kraft, ja ist schwierig zu erklären... Trotzdem, zum Abschluss einen schönen Sonntag ohne zuviel zu grübeln :)
Ich hatte noch die Überlegegung, da Elektronen nach der Lorentzkraft ja senkrecht zum Magnetfeld (homogen) "kreisen", dass es damit zusammen hängt. Liege ich da falsch?