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Lorentzkraft

9. ‐ 10. Klasse Dauer: 55 Minuten

Was ist die Lorentzkraft?

Wenn sich eine elektrische Ladung in einem Magnetfeld bewegt, dann wirkt auf sie eine Kraft. Das ist die sogenannte Lorentzkraft. Sie ist die Ursache für folgende Phänomene, die dir im Physikunterricht begegnen:

  • Ein stromdurchflossener Leiter wird in einem Magnetfeld durch die Lorentzkraft ausgelenkt.
  • Durch einen Leiter, der sich im Magnetfeld bewegt, fließt ein elektrischer Strom, obwohl er nicht an eine Spannungsquelle angeschlossen ist.

Der beste Weg, die Lorentzkraft sichtbar zu machen, ist das Experiment mit dem Fadenstrahlrohr. Dort sorgt die Lorentzkraft dafür, dass sich die eingeschossenen Elektronen auf einer Kreisbahn bewegen. Diese Kreisbahn der Elektronen kannst du dann sogar mit bloßem Auge im Fadenstrahlrohr sehen. Faszinierend! Falls dein Lehrer diesen Versuch noch nicht mit eurer Klasse durchgeführt hat, dann solltest du ihn unbedingt danach fragen!

Eine genaue Definition der Lorentzkraft mit Formel und weiteren Erklärungen findest du hier in unseren Videos. Aufgaben und Übungen zur Lorentzkraft haben wir für dich in unseren Klassenarbeiten mit Musterlösungen zur Induktion zusammengestellt. Sie eignen sich bestens als Vorbereitung auf deinen nächsten Test in Physik.

Was ist die Lorentzkraft?

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Lorentzkraft

Lorentzkraft

Lorentzkraft

Wie du die UVW-Regel anwendest

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UVW-Regel anwenden

UVW-Regel anwenden

UVW-Regel anwenden

Was sind Wirbelströme?

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Wirbelströme

Wirbelströme

Wirbelströme

Schlussrunde: Lorentzkraft

Schlussrunde: Lorentzkraft

Schlussrunde: Lorentzkraft

Was du wissen musst

  • Was ist die UVW-Regel?

    Wenn du Experimente zur Lorentzkraft auswerten sollst oder es darum geht, Phänomene genau zu erklären, die aufgrund der Lorentzkraft entstehen, dann musst du wissen, in welche Richtung die Lorentzkraft wirkt. Das zeigt dir immer die UVW-Regel. Die Abkürzung steht dabei für Ursache (Bewegung der Elektronen), Vermittlung (Magnetfeld) und Wirkung (Lorentzkraft).

    Die UVW-Regel wendest du mit diesen Schritten an:

    • Strecke Daumen, Zeige- und Mittelfinger so aus, dass alle drei Finger jeweils im rechten Winkel zueinander stehen.
    • Drehe deine Hand so, dass dein Daumen in die Bewegungsrichtung der Ladungsträger (z. B. Elektronen) und dein Zeigefinger in Richtung der magnetischen Feldlinien zeigt (vom Nord- zum Südpol).
    • Jetzt zeigt dein Mittelfinger in die Richtung, in die die Lorentzkraft auf die Ladungsträger wirkt.

    Rechte oder linke Hand?

    Ganz entscheidend ist es, ob du die rechte oder die linke Hand für die UVW-Regel verwendest. Denn je nachdem, welche Hand du verwendest, erhältst du eine andere Richtung für die Lorentzkraft. Musst du also die rechte oder die linke Hand verwenden? Das hängt davon ab, ob die bewegten Ladungsträger positiv oder negativ geladen sind. Merke dir dazu diese Regel:

    • Linke UVW-Regel: Für negativ geladene Ladungsträger (z. B. Elektronen) verwendest du die linke Hand.
    • Rechte UVW-Regel: Für positiv geladene Ladungsträger (z. B. Ionen) verwendest du die rechte Hand.
  • Was ist die Rechte-Hand-Regel?

    Früher wurde statt der UVW-Regel die sogenannte Rechte-Hand-Regel verwendet, um die Richtung der Lorentzkraft zu bestimmen. Dabei wurde für positive und auch für negative Ladungsträger immer die rechte Hand verwendet. Der große Unterschied zur UVW-Regel besteht darin, dass bei der Rechten-Hand-Regel der Daumen in die technische Stromrichtung zeigen muss, also immer von plus nach minus.

    Richtig angewendet, liefert die Rechte-Hand-Regel immer das gleiche Ergebnis wie die UVW-Regel. Allerdings führt die technische Stromrichtung häufig zu Verwirrungen, da sie, historisch bedingt, immer von plus nach minus und somit entgegen der Bewegungsrichtung von negativen Ladungen (z. B. Elektronen) zeigt. Deshalb wird heutzutage eher die anschaulichere UVW-Regel verwendet, da hier der Daumen immer der echten Bewegungsrichtung der Ladungsträger folgt, für positive wie auch für negative Ladungen.

  • Wo kommt die Lorentzkraft im Alltag vor?

    Ganz ehrlich: Bewegte elektrische Ladungen, die in einem Magnetfeld durch die Lorentzkraft abgelenkt werden, das klingt erst einmal nicht nach Alltag, oder? Und doch ist die Lorentzkraft Teil einer ganzen Reihe von technischen Anwendungen, auf die wir nicht verzichten wollen. Das gilt zum Beispiel für bestimmte Arten von Elektrogeneratoren und -motoren. Das hängt damit zusammen, dass die Lorentzkraft eine bestimmte Art der elektromagnetischen Induktion erklärt, nämlich die Bewegungsinduktion.

    Auch die gezielte Ablenkung von geladenen Teilchen durch die Lorentzkraft hat technische Anwendungen hervorgebracht. Dazu gehören zum Beispiel der alte Röhrenfernseher und auch der Einsatz von Ablenksystemen in Teilchenbeschleunigern, die in der Medizin und der naturwissenschaftlichen Forschung zum Einsatz kommen. Die Lorentzkraft spielt auch für den sogenannten Halleffekt eine große Rolle. Dieser wird in sogenannten Hallsonden benutzt, um Magnetfelder zu messen. Auch in bestimmten Lautsprechern und Mikrofonen wird die Lorentzkraft genutzt.

    Zusätzlich spielt die Lorentzkraft in der Natur eine wichtige Rolle. Sie ist beispielsweise die Ursache dafür, dass uns das Erdmagnetfeld und die Erdoberfläche vor den geladenen Teilchen abschirmt, die von der Sonne ausgesendet werden (Sonnenwinde).