Warum dreht sich Kompassnadel nach oben?
Hallo, ich mache gerade Übungsaufgaben, aber die Aufgabe auf dem Bild verwirrt mich ein bisschen.
Ich habe erst mal die rechte Hand Regel benutzt, um die Richtung des Magnetfelds herauszufinden und man soll die Bewegungsrichtug herausfinden, also die Lorentzkraft mit der drei Finger Regel, aber woher weiß man welchen Abschnitt man bei der Feldlinie nimmt, um die Lorentzkraft herauszufinden?
Ich habe es zum Beispiel probiert, wo die Feldlinie nach oben verläuft weil das rechts neben dem Kabel ist und die Nadel auch rechts vom Kabel steht. Die Feldlinien, die nah am Leiter sind, sind ja im dichtesten also ist da das Magnetfeld stärker.
In der Lösung (wie ich das jetzt herauslese) wurde der Punkt unter dem Kabel benutzt wo die Feldlinie nach rechts geht oder zumindest ist das das einzige ,wo bei mir rauskommen würde dass die Lorentzkraft nach oben geht, wobei ich auch hier bemerke dass es a dann beim Nord-und Südpol nach oben gehen würde, es aber in der Lösung bei dem Südpol nach unten geht. Vielleicht kann ja mir irgendwer helfen, die Lösung nachzuvollziehen..Danke im Vorraus! :)
1 Antwort
Es ist richtig, zuerst die Richtung des Magnetfelds zu bestimmen, das den elektrischen Leiter umgibt. Das Drehmomet auf die Kompassnadel hat aber nichts direkt mit einer Lorentzkraft zu tun (wobei man sich das Drehoment auch damit erklären kann, wenn man sich das magnetische Dipolmoment der Kompassnadel als hervorgerufen durch einen einfachen Kreisstrom denkt).
Auf ein magnetisches Dipolmoment -hier die Kompassnadel- wirkt in einem äusseren Magnetfeld ein Drehmoment. Der magnetische Dipol versucht, sich im Feld auszurichten, bis die potentielle Energie ein Minimum erreicht hat. Siehe hier:
https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetischer_Dipol#Dipol_im_Feld
Im vorliegenden Fall wäre das Minimum dann erreicht, wenn der Nordpol der Kompassnadel gegen den Südpol des äusseren Felds zeigt.
Die Richtung ergibt sich also durch Anwenden der Rechte-Hand-Regel und der Gleichung
Dabei beachten, dass das magnetische Dipolmoment m so definiert ist, dass es vom Nord- zum Südpol der Kompassnadel zeigt.
Oder man erklärt sich die Richtung der Kräfte auf die Kompassnadel, indem man sich vorstellt, dass z.B. im ersten Fall der Nordpol des B-Felds unten und der Südpol oben liegen würde (die Feldlinien laufen ausserhalb eines Magneten von Norden nach Süden). Der Südpol der Kompassnadel wird folglich im ersten Fall nach unten gezogen, der Nordpol nach oben. Die anderen Fälle verhalten sich völlig analog.