Physik Step 53 (neu)
Lernkarten zu Step 53 des Grundlagenfachs Physik: Magnetismus (Magnetfelder, Rechte-Hand-Regel, Lorentzkraft, Kraft auf den stromdurchflossenen Leiter).
Lernkarten zu Step 53 des Grundlagenfachs Physik: Magnetismus (Magnetfelder, Rechte-Hand-Regel, Lorentzkraft, Kraft auf den stromdurchflossenen Leiter).
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Lernkarten
Er hat immer zwei Pole, Nordpol (N) und Südpol (S), an denen die Wirkung am stärksten ist; gleichnamige Pole stossen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an.
Zwei vollständige Magnete, jeder wieder mit Nord- und Südpol – magnetische Pole treten immer paarweise auf, es gibt keine einzelnen Pole (Monopole).
Aussen vom Nordpol zum Südpol, im Innern von S nach N (geschlossene Schleifen); an den Polen am dichtesten (stärkstes Feld); sie kreuzen sich nie.
Die Richtung, in die sich der Nordpol einer kleinen Kompassnadel an dieser Stelle einstellt.
Eisenfeilspäne ordnen sich entlang der Feldlinien und zeigen den Verlauf; eine Kompassnadel stellt sich mit dem Nordpol in Feldlinienrichtung ein und zeigt zusätzlich die Richtung.
Bewegte Ladungen: Die bewegten Elektronen in jedem Atom erzeugen ein Magnetfeld – jedes Atom ist ein winziger atomarer Dipolmagnet.
In Eisen (ferromagnetisch) können sich die atomaren Dipolmagnete gemeinsam in eine Richtung ausrichten; in Holz bleiben sie ungeordnet und ihre Felder heben sich gegenseitig auf.
Man bringt es in ein starkes äusseres Magnetfeld (z. B. an einen Magneten); die atomaren Dipolmagnete richten sich alle gleich aus, ihre Felder addieren sich – das Eisen hat nun Nord- und Südpol.
Die ausgerichteten atomaren Magnete geraten wieder durcheinander; ihre Felder heben sich auf und der Magnetismus verschwindet.
Fliesst Strom, schlägt die Nadel aus: Ein elektrischer Strom (bewegte Ladung) erzeugt ein Magnetfeld.
Konzentrische Kreise um den Draht in Ebenen senkrecht zum Draht, am Draht am dichtesten; die Feldlinien haben weder Anfang noch Ende.
Daumen in die technische Stromrichtung (von Plus nach Minus), die gekrümmten Finger geben den Umlaufsinn der Feldlinien an.
Innen parallele, gleich gerichtete, dichte Feldlinien (nahezu homogenes Feld); aussen wie ein Stabmagnet mit Nord- und Südpol – das Prinzip des Elektromagneten.
Im Innern einer langen stromdurchflossenen Spule oder zwischen den parallelen Polflächen eines Hufeisen-/U-Magneten (Nordpol gegenüber Südpol).
Ruhende Ladungen (geladene Kugel, geladener Stab) → elektrisches Feld; bewegte Ladungen (Strom) und Dauermagnete → Magnetfeld.
Elektrische Feldlinien beginnen und enden an Ladungen (radial, von Plus nach Minus); magnetische Feldlinien sind geschlossene Schleifen ohne Anfang und Ende.
Elektrisches Feld: Probeladung oder Elektroskop (Zeiger schlägt aus); Magnetfeld: Kompassnadel oder Eisenfeilspäne. Ein Elektroskop reagiert nicht auf einen Magneten, eine Kompassnadel nicht auf eine ruhende Ladung.
F = q ⋅ v ⋅ B für eine Ladung q, die sich mit v senkrecht zum Feld B bewegt; sie wirkt nur auf bewegte Ladungen (v = 0 → F = 0), bei Bewegung parallel zum Feld ist F = 0.
Senkrecht zur Bewegungsrichtung und senkrecht zum Magnetfeld – Drei-Finger-Regel der rechten Hand: Daumen = Bewegung der positiven Ladung, Zeigefinger = B, Mittelfinger = F.
F = q ⋅ v ⋅ B = 1,6 ⋅ 10⁻¹⁹ C ⋅ 2,0 ⋅ 10⁶ m/s ⋅ 0,50 T = 1,6 ⋅ 10⁻¹³ N
Eine Kreisbahn: Die Lorentzkraft wirkt als Zentripetalkraft; sie steht stets senkrecht zu v, leistet keine Arbeit und ändert nur die Richtung. Radius: r = m ⋅ v / (q ⋅ B).
F = B ⋅ I ⋅ l für einen Draht senkrecht zum Feld (maximal); liegt der Draht parallel zum Feld, ist F = 0; schräg liegt die Kraft dazwischen.
Daumen → technische Stromrichtung I, Zeigefinger → Magnetfeld B (von N nach S), Mittelfinger → Kraft F; die drei Richtungen stehen paarweise senkrecht aufeinander.
Kräftegleichgewicht B ⋅ I ⋅ l = m ⋅ g ⇒ B = m ⋅ g / (I ⋅ l) = 6,0 ⋅ 10⁻² N / (3,0 A ⋅ 0,10 m) = 0,20 T
