Kraft auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld

Ist ein Leiter in einem Magnetfeld und es fließt dabei Strom senkrecht zu den Magnetfeldlinien, dann wirkt eine Kraft auf den Leiter. Die Kraft, die dort wirkt, ist die sogenannte Lorentz-Kraft. In welche Richtung diese Kraft wirkt, kann man mit der Linken-Hand-Regel herausfinden (siehe weiter unten).

Kraft auf stromdurchflossene Leiter in einem Magnetfeld veranschaulicht

Formel

Berechnen kann man die Kraft, welche auf den Leiter wirkt, natürlich auch. 

Formel für die Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter
  • F = Kraft auf den Leiter (in N)
  • I = Stromstärke (großes i) (in A)
  • l = Länge des Leiters (kleines L) (in m)
  • B = magnetische Flussdichte (Stärke des Magnetfelds) (in T)

Beispielaufgabe

Ein 30cm langer Leiter ist senkrecht in einem Magnetfeld der Stärke 1T (Tesla) aufgehängt. Es fließt ein Strom von 4A durch den Leiter. Wie groß ist die Kraft auf den Leiter?

 

Geg.:  B=1,0T;  I=4,0A;  l=30cm=0,30m

 

Ges.:  F

 

Lsg.: Falls noch nicht geschehen alles in die richtigen Einheiten umwandeln und dann einsetzen:

 

F = I·l·B = 4,0A · 0,30m · 1,0T

= 1,2N

 

A: Es wirkt eine Kraft von 1N auf den Leiter.

Linke-Hand-Regel

Um zu bestimmen, in welche Richtung die Kraft wirkt, verwendet man die Linke-Hand-Regel (falls ihr die Rechte-Hand-Regel kennt, es ist dasselbe, nur das man mit dem Daumen in die physikalische Stromrichtung (- zu +) zeigt, anstatt in die Technische).

Veranschaulichung der Linke-Hand-Regel
Von Canarrisderivative work: modified from ManoLaplace - own work from original (see below), CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=12719954

Dafür Streckt ihr Daumen, Zeigefinger und Mittelfinger wie auf dem Bild auseinander (so, dass dazwischen immer 90° Winkel sind, dann müssen die Finger in folgende Richtungen zeigen:

  • Daumen zeigt in physikalische Stromrichtung (von Plus zu Minus), also in Bewegungsrichtung der Elektronen.
  • Zeigefinger zeigt in Richtung des Magnetfelds, also von Nord zu Südpol.
  • Mittelfinger gibt dann an, in welche Richtung die Kraft auf den Stab wirkt.