Magnetfelder (HTML)
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<!--Mathjax--><script type="text/javascript" asyncsrc="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/mathjax/2.7.7/MathJax.js?config=TeX-MML-AM_CHTML"></script><!--Inhaltsverzeichnis--><script>window.onload = function () { var toc = ""; var level = 0;
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//Inhaltsverzeichnis wird geschrieben document.getElementById("toc").innerHTML += toc;};</script><div id="toc"> <h3>Table of Contents</h3> </div> <hr/><div id="contents">
<!--HTML-Start--><h3>Fernwirkung von Permanentmagneten</h3><h4>Versuch zur Fernwirkung von Magneten</h4><p><strong>Schwebender Magnetkreisel</strong> (<a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Levitation_(Technik)#:~:text=Levitation%20zu%20erzeugen.-,Levitron,-%5BBearbeiten%20%7C">Wikipedia</a>)</p><ul><li>Abstoßung zweier Ringmagnete (Nord- und Südpol oben und unten, <a href="https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/73/Ringmagnet_compasses.svg">Wikipedia</a>)</li><li>Die Drehbewegung stabilisiert den schwebenden Magneten (Stabilisierung beim Fahrradfahren durch die Drehbewegung der Reifen) </li></ul><h4>Magnetisches Feld</h4><ul><li><strong>Definition</strong><br />Den Wirkungsbereich eines Magneten nennt man <strong>magnetisches Feld</strong>.</li><li><strong>Eigenschaften von Permanentmagneten</strong> <a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/permanentmagnetismus/grundwissen/eigenschaften-von-permanentmagneten#:~:text=Grundwissen-,Eigenschaften%20von%20Permanentmagneten,-Das%20Wichtigste%20auf">(Leifi</a>)<ul><li>Magnete wirken auf andere Magnete.</li></ul><ul><li>Ein Magnet hat einen Nordpol und einen Südpol.</li></ul><ul><li>Gleichnamige Pole ziehen sich an, ungleichnamige Pole stoßen sich ab.</li><li>Magnete sind meistens aus Eisen, können aber auch aus Kobalt, Nickel oder speziellen Legierungen (Zusammensetzungen von Stoffen) sein.</li></ul></li><li><strong>Magnetisierung von Eisen</strong><ul><li>Es gibt unmagnetisches und magnetisches Eisen.</li><li><strong>Weicheisen</strong> verliert seine magnetische Wirkung schnell wieder, <strong>Harteisen</strong> behält sie.</li><li>Magnetische Stoffe bestehen aus <strong>Elementarmagneten</strong> (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/permanentmagnetismus/grundwissen/modell-der-elementarmagnete">Leifi</a>)</li></ul></li><li><strong>Untersuchung des Wirkungsbereichs eines Magneten</strong><br />Der Wirkungsbereich eines Magneten wird durch <strong>kleine Magnetnadeln</strong> untersucht. (<a href="https://www.walter-fendt.de/html5/phde/magneticfieldbar_de.htm">Walter Fendt</a>)<ul><li>Je nach Ort richtet sich eine Magnetnadel unterschiedlich aus.</li></ul><ul><li>Die Ausrichtung der Magnetnadeln kommt durch Kräfte zustande.</li></ul><ul><li>Die Wirkung eines Magneten ist auch in einiger Entfernung noch nachweisbar.</li></ul></li></ul><h4>Feldlinien</h4><ul><li>Die <strong>Ausrichtung der Magnetnadeln</strong> lässt sich durch <strong>Feldlinien</strong> darstellen.</li><li>Eine <strong>Magnetnadel</strong> richtet sich in einem Punkt der Feldlinie <strong>tangential zu einer Feldlinie</strong> aus, weshalb Feldlinien sich auch <strong>nicht schneiden</strong> dürfen. </li><li>Eine Feldlinie erhält eine <strong>Orientierung</strong>. Die Orientierung bezieht sich auf einen Nordpol eines Probemagneten, zeigt also immer zum Südpol.</li><li><strong>Feldlinienbild eines Stabmagneten</strong> (<a href="https://www.walter-fendt.de/html5/phde/magneticfieldbar_de.htm">Walter Fendt</a>, <a href="https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/faraday/latest/faraday.html?simulation=magnets-and-electromagnets&locale=de">Phet</a>)</li><li><strong>Feldlinienbilder zweier Stabmagneten</strong> (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/permanentmagnetismus/versuche/felder-von-dauermagneten-lehrerversuch">Leifi</a>)</li></ul><h4>Eigenschaften von Feldlinien</h4><ul><li><strong>Stärke des Magnetfelds</strong><br />Darstellung von magnetischen Feldlinien durch <strong>Eisenfeilspäne</strong>. Je dichter der Abstand der magnetischen Feldlinien ist, desto stärker ist das magnetische Feld d.h. <strong>stärkere anziehende bzw. abstoßende Kraftwirkung</strong>. (<a href="https://www.youtube.com/watch?v=VxtWa6FU5pU">Versuch</a>)</li><li><strong>Homogenes Magnetfeld</strong><br />Sind die magnetischen Feldlinien parallel und haben gleichen Abstand spricht man von einem <strong>homogenen</strong><strong> Magnetfeld</strong> (Hufeisenmagnet bei <a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/permanentmagnetismus/grundwissen/magnetfeld-und-feldlinien#:~:text=Eigenschaften%20von%20magnetischen%20Feldlinien">Leifi</a>)</li><li><strong>Beispiele von </strong><a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/permanentmagnetismus/versuche/felder-von-dauermagneten-schuelerversuch"><strong>magnetischen Feldern verschiedener Dauermagnete</strong></a></li></ul><h3>Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule</h3><ul><li><strong>Stromdurchflossene Spule als Magnet</strong><ul><li>Eine stromdurchflossenen Spule zieht Büroklammern aus Eisen an. (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/stromwirkungen/versuche/spule-als-elektromagnet">Leifi</a>, <a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/stromwirkungen/versuche/elektromagnet-heimversuch">Heimversuch</a>)</li><li>Die Büroklammern aus Eisen werden durch die stromdurchflossene Spule magnetisiert, d.h. die Elementarmagnete des Eisens der Büroklammern richten sich einheitlich aus (Modell der Elementarmagnete bei <a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/permanentmagnetismus/grundwissen/modell-der-elementarmagnete">Leifi</a>).</li><li>Die stromdurchflossene Spule erhält durch den Strom einen Nord- und Südpol. </li></ul></li><li><strong>Verstärkung der magnetischen Wirkung durch Eisenkern</strong><br />Die magnetische Wirkung einer stromdurchflossenen Spule lässt sich durch einen <strong>Eisenkern</strong> verstärken, der durch das magnetische Feld im Inneren der Spule magnetisiert wird (Modell der Elementarmagnete bei <a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/permanentmagnetismus/grundwissen/modell-der-elementarmagnete">Leifi</a>) und aus <strong>Weicheisen</strong> sein sollte, damit er nach abschalten des Stromes, seine magnetische Wirkung sofort wieder verlieren kann.</li><li><strong>Feldlinienbild einer stromdurchflossenen Spule</strong><br />Das magnetischen Feld einer stromdurchflossenen Spule lässt sich durch <strong>Eisenfeilspäne</strong> bzw. ein <strong>Feldlinienbild</strong> (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/magnetisches-feld-spule/grundwissen/magnetfeld-einer-zylinderspule#:~:text=Verlauf%20des%20Magnetfeldes%20einer%20Zylinderspule">Leifi</a>, <a href="https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/faraday/latest/faraday.html?simulation=magnets-and-electromagnets&locale=de">Phet</a>) darstellen</li><li><strong>Eigenschaften der Feldlinien einer stromdurchflossenen Spule</strong><br />Das magnetische Feld einer stromdurchflossenen Spule<ul><li><strong>entspricht</strong> in seiner Außenwirkung dem eines <strong>Stabmagneten</strong>.</li><li>Auch im<strong> Inneren einer stromdurchflossenen Spule</strong> existiert ein magnetisches Feld, dieses ist <strong>homogen</strong> (Feldlinien parallel und haben den gleichen Abstand).</li><li><strong>Magnetische Feldlinien sind geschlossen. Es gibt keinen Nord- oder Südpol.</strong> Die magnetischen Pole beschreiben nur die Außenwirkung eines Magneten.</li></ul></li></ul><h3>Magnetfeld eines stromdurchflossenen geraden Leiters</h3><ul><li><strong>Feldlinienbild eines stromdurchflossenen geraden Leiters</strong><ul><li>Das Feldlinienbild eines stromdurchflossenen geraden Leiters sind konzentrische Kreise.</li><li>Darstellung durch <a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/magnetisches-feld-spule/grundwissen/magnetfeld-eines-geraden-leiters#:~:text=Nachweis%20der%20Struktur%20mit%20Eisenfeilsp%C3%A4nen">Eisenfeilspäne</a></li></ul><ul><li>Darstellung durch <a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/magnetisches-feld-spule/grundwissen/magnetfeld-eines-geraden-leiters#:~:text=Kreisf%C3%B6rmiges%20Magnetfeld%20um%20geraden%20Leiter">Kompassnadeln</a></li><li>Simulation des Feldlinienbilds (<a href="https://www.walter-fendt.de/html5/phde/magneticfieldwire_de.htm">Walter Fendt</a>)</li></ul></li><li><strong>Entdeckung des Magnetfelds eines stromdurchflossenen geraden Leiters</strong><br />Das Magnetfeld eines stromdurchflossenen geraden Leiters wurde von dem dänischen Professor <strong>Oersted</strong> (<a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Hans_Christian_%C3%98rsted">Wikipedia</a>) entdeckt. (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/stromwirkungen/versuche/orsted-versuch">Leifi</a>)</li><li><strong><a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/magnetisches-feld-spule/grundwissen/magnetfeld-eines-geraden-leiters#:~:text=Abb.%203%20Erste-,Rechte-Faust-Regel,-zur%20Bestimmung%20der">Rechte-Faust-Regel</a> für die </strong><strong>Orientierung des Magnetfelds eines stromdurchflossenen geraden Leiters</strong> (technische Stromrichtung)<ul><li><strong>physikalische Stromrichtung</strong> gibt die Bewegungsrichtung der Elektronen an ("minus nach plus")</li><li><strong>technische Stromrichtung</strong> ("plus nach minus") entgegengesetzt der physikalischen Stromrichtung.</li></ul></li><li><strong>Darstellung von stromdurchflossenem Leiter im Querschnitt</strong><br />Die <strong>Stromrichtung eines geraden stromdurchflossenen Leiters</strong> in die Zeichenebene wird durch ein <strong>Kreuz</strong> bzw. aus der Zeichenebene durch einen <strong>Punkt</strong> im Leiterquerschnitt dargestellt, wobei angegeben sein muss, ob es sich um die physikalische (von Minus- zu Pluspol) oder technische Stromrichtung (von Plus- zu Minuspol) handelt. (<a href="http://elektro-wissen.de/Elektrotechnik/Magnetfeld.php#:~:text=Magnetfeld%20eines%20Stromdurchflossenen%20Leiters">mehr</a>)</li><li>Das <strong>Magnetfeld zweier paralleler stromdurchflossener gerader Leiter<br /></strong>wird durch Überlagerung (Vektoraddition der Kraftvektoren) ermittelt.<ul><li>Feldlinien (<a href="https://physikbuch.schule/magnetic-force-on-a-wire.html#:~:text=Skala%20abgelesen%20werden.-,13.5.6%20Kraft%20zwischen%20zwei%20parallelen%20stromf%C3%BChrenden%20Leitern,-Die%20Lorentzkraft%20bewirkt">Leifi</a>)</li><li>Animation (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/stroeme-magnetisches-feld/versuche/magnetische-kraft-zwischen-zwei-parallel-verlaufenden-stromdurchflossenen-geraden-leitern">Leifi</a>)</li><li>Versuch (<a href="https://www.youtube.com/watch?v=FCjBt7BL1yg">YouTube</a>)</li></ul></li><li><strong>Begründung des Magnetfelds einer stromdurchflossenen Spule<br /></strong>aufgrund des Magnetfelds gerader Leiter (<a title="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/magnetisches-feld-spule/grundwissen/magnetfeld-einer-zylinderspule#:~:text=Verlauf%20des%20Magnetfeldes%20einer%20Zylinderspule" href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/magnetisches-feld-spule/grundwissen/magnetfeld-einer-zylinderspule#:~:text=Verlauf%20des%20Magnetfeldes%20einer%20Zylinderspule">Leifi</a>)</li></ul><h3>Magnetfeld der Erde</h3><h4>Geographischer Nord- und Südpol</h4><ul><li>Beim geographischen Nordpol (Südpol) ist ein physikalischer Südpol (Nordpol)<ul><li><a href="https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/faraday/latest/faraday.html?simulation=magnet-and-compass&locale=de">Simulation bei Phet</a> (Option <em>Erde anzeigen</em>)</li><li><a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/magnetisches-feld-spule/ausblick/erdmagnetfeld">Leifi</a></li></ul></li><li>Die magnetischen Feldlinien treffen auf der gesamten Erdoberfläche unter dem <strong>Inklinationswinkel</strong> (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/magnetisches-feld-spule/ausblick/erdmagnetfeld#:~:text=Inklination%20der%20Magnetfeldlinien">Leifi</a>) auf.<ul><li>Wird mit einer speziellen Inklinationsnadel gemessen.</li><li>Der Winkel beträgt an den Polen 90° und am Äquator 0°.</li><li>In Deutschland beträgt der Winkel 70°.</li></ul></li></ul><h4>Entstehung des Erdmagnetfeldes</h4><ul><li>Sich im äußeren Erdkern <strong>bewegende Lava</strong> ist für das Magnetfeld verantwortlich, die einen <strong>elektrischen Strom</strong> und damit das Magnetfeld erzeugt.</li><li>Der <strong>Permanentmagnetismus</strong> lässt sich demnach letztendlich auf <strong>elektrische Ströme</strong> zurückführen. </li><li>Wegen der sich bewegenden Lava sind das Magnetfeld und damit die <strong>magnetischen Pole</strong> auch <strong>nicht ortsfest</strong>, sondern bewegen sich um einige Kilometer im Jahr.</li></ul><h4>Polumkehr</h4><ul><li>Untersuchungen zeigen, dass das Magnetfeld sich in den letzten 160 Millionen Jahren alle 250000 bis 750000 Jahre umgepolt hat.</li><li><div><p>Da die letzte Polumkehr bereits über 750000 Jahre zurück liegt, wird erwartet, dass in den nächsten Jahrtausenden eine Polumkehr stattfinden wird.</p></div></li></ul><h3>Kraft auf einen stromdurchflossenen geraden Leiter</h3><h4>Lorentzkraft</h4><ul><li>Ein von Strom durchflossener gerader Leiter erfährt in einem senkrecht dazu stehenden homogenen magnetischen Feld zwischen den Polen eines Hufeisenmagneten ein Kraft (Lorentzkraft) senkrecht zur Stromrichtung und zu den magnetischen Feldlinien.<ul><li><a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/kraft-auf-stromleiter-e-motor/grundwissen/kraft-auf-stromfuehrende-leiter-im-magnetfeld">Leifi</a></li><li>Ist die Stromrichtung in Richtung der Feldlinien, erfährt der Leiter keine Kraft.</li></ul><ul><li>Die Lorentzkraft ist abhängig von<ul><li>der Stärke des Magnetfeldes</li><li>der Stromstärke</li><li>der Länge des Leiters im Magnetfeld</li></ul></li></ul></li><li>Animation (Leiterschaukel) von <a href="https://www.walter-fendt.de/html5/phde/lorentzforce_de.htm">Walter Fendt</a></li><li>Versuch der <a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/kraft-auf-stromleiter-e-motor/versuche/magnetische-kraft-auf-eine-stromdurchflossene-leiterschaukel">Uni Zürich</a></li></ul><h4>Rechte-Hand-Regel für Strom</h4><p><strong><a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/kraft-auf-stromleiter-e-motor/grundwissen/kraft-auf-stromfuehrende-leiter-im-magnetfeld#:~:text=Magnetfeldrichtung%20aufgespannten%20Ebene.-,Drei-Finger-Regel%20der%20rechten%20Hand,-Abb.%202%20Drei">UVW-Regel</a></strong></p><ul><li>Daumen (Ursache): Strom</li><li>Zeigefinger (Vermittlung): Magnetfeld</li><li>Mittelfinger (Wirkung): Kraft</li></ul><h3>Kräfte auf eine Leiterschleife</h3><h4>Drehung einer Leiterschleife</h4><ul><li>Da bei einer rechteckigen Leiterschleife der Strom in entgegengesetzten Richtungen fließt,<ul><li>wirken auf den beiden Leiterstücken, in denen der Strom senkrecht zu den Magnetfeldlinien fließt, entgegengesetzte Kräfte, weshalb sich die Leiterschleife dreht.</li><li>Damit die Drehung sich fortsetzt, muss die Stromrichtung bei einem Gleichstrommotor nach einer halben Umdrehung durch einen Kommutator immer wieder gewechselt werden. (Westrommotoren brauchen keinen Kommutator,)</li></ul></li><li><a href="https://www.walter-fendt.de/html5/phde/electricmotor_de.htm">Animation von Walter Fendt</a></li></ul><h4>Elektromotor</h4><ul><li><a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/kraft-auf-stromleiter-e-motor/grundwissen/elektromotor">Elektromotor bei Leifi</a></li><li>mehr Schleifen größere Kraft</li><li>mehr Anker für gleichmäßigere Kraft</li><li>Der Gleichstrommotor kann entweder über die Kraft auf stromdurchflossene Leiter oder durch die Anziehung bzw. Abstoßung von Magnetpolen erklärt werden.</li></ul><h3>Kräfte auf in einem Magnetfeld bewegte Ladungen</h3><ul><li>Die Lorentzkraft ergibt sich als Kraft auf senkrecht zu einem Magnetfeld bewegte Ladungen (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/kraft-auf-stromleiter-e-motor/grundwissen/lorentz-kraft">Leifi</a>).</li><li>Animation der Bahn bewegter Ladungen in einem Magnetfeld (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/bewegte-ladungen-feldern/grundwissen/geladene-teilchen-im-magnetischen-querfeld">Leifi</a>)</li><li>Darstellung der Bahn bewegter Ladungen in einem Magnetfeld (<a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Fadenstrahlrohr">Versuch mit einem Fadenstrahlrohr bei Wikipedia</a>)</li></ul><!--HTML-Ende-->
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<!--HTML-Start--><h3>Fernwirkung von Permanentmagneten</h3><h4>Versuch zur Fernwirkung von Magneten</h4><p><strong>Schwebender Magnetkreisel</strong> (<a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Levitation_(Technik)#:~:text=Levitation%20zu%20erzeugen.-,Levitron,-%5BBearbeiten%20%7C">Wikipedia</a>)</p><ul><li>Abstoßung zweier Ringmagnete (Nord- und Südpol oben und unten, <a href="https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/73/Ringmagnet_compasses.svg">Wikipedia</a>)</li><li>Die Drehbewegung stabilisiert den schwebenden Magneten (Stabilisierung beim Fahrradfahren durch die Drehbewegung der Reifen) </li></ul><h4>Magnetisches Feld</h4><ul><li><strong>Definition</strong><br />Den Wirkungsbereich eines Magneten nennt man <strong>magnetisches Feld</strong>.</li><li><strong>Eigenschaften von Permanentmagneten</strong> <a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/permanentmagnetismus/grundwissen/eigenschaften-von-permanentmagneten#:~:text=Grundwissen-,Eigenschaften%20von%20Permanentmagneten,-Das%20Wichtigste%20auf">(Leifi</a>)<ul><li>Magnete wirken auf andere Magnete.</li></ul><ul><li>Ein Magnet hat einen Nordpol und einen Südpol.</li></ul><ul><li>Gleichnamige Pole ziehen sich an, ungleichnamige Pole stoßen sich ab.</li><li>Magnete sind meistens aus Eisen, können aber auch aus Kobalt, Nickel oder speziellen Legierungen (Zusammensetzungen von Stoffen) sein.</li></ul></li><li><strong>Magnetisierung von Eisen</strong><ul><li>Es gibt unmagnetisches und magnetisches Eisen.</li><li><strong>Weicheisen</strong> verliert seine magnetische Wirkung schnell wieder, <strong>Harteisen</strong> behält sie.</li><li>Magnetische Stoffe bestehen aus <strong>Elementarmagneten</strong> (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/permanentmagnetismus/grundwissen/modell-der-elementarmagnete">Leifi</a>)</li></ul></li><li><strong>Untersuchung des Wirkungsbereichs eines Magneten</strong><br />Der Wirkungsbereich eines Magneten wird durch <strong>kleine Magnetnadeln</strong> untersucht. (<a href="https://www.walter-fendt.de/html5/phde/magneticfieldbar_de.htm">Walter Fendt</a>)<ul><li>Je nach Ort richtet sich eine Magnetnadel unterschiedlich aus.</li></ul><ul><li>Die Ausrichtung der Magnetnadeln kommt durch Kräfte zustande.</li></ul><ul><li>Die Wirkung eines Magneten ist auch in einiger Entfernung noch nachweisbar.</li></ul></li></ul><h4>Feldlinien</h4><ul><li>Die <strong>Ausrichtung der Magnetnadeln</strong> lässt sich durch <strong>Feldlinien</strong> darstellen.</li><li>Eine <strong>Magnetnadel</strong> richtet sich in einem Punkt der Feldlinie <strong>tangential zu einer Feldlinie</strong> aus, weshalb Feldlinien sich auch <strong>nicht schneiden</strong> dürfen. </li><li>Eine Feldlinie erhält eine <strong>Orientierung</strong>. Die Orientierung bezieht sich auf einen Nordpol eines Probemagneten, zeigt also immer zum Südpol.</li><li><strong>Feldlinienbild eines Stabmagneten</strong> (<a href="https://www.walter-fendt.de/html5/phde/magneticfieldbar_de.htm">Walter Fendt</a>, <a href="https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/faraday/latest/faraday.html?simulation=magnets-and-electromagnets&locale=de">Phet</a>)</li><li><strong>Feldlinienbilder zweier Stabmagneten</strong> (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/permanentmagnetismus/versuche/felder-von-dauermagneten-lehrerversuch">Leifi</a>)</li></ul><h4>Eigenschaften von Feldlinien</h4><ul><li><strong>Stärke des Magnetfelds</strong><br />Darstellung von magnetischen Feldlinien durch <strong>Eisenfeilspäne</strong>. Je dichter der Abstand der magnetischen Feldlinien ist, desto stärker ist das magnetische Feld d.h. <strong>stärkere anziehende bzw. abstoßende Kraftwirkung</strong>. 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(<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/stromwirkungen/versuche/spule-als-elektromagnet">Leifi</a>, <a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/stromwirkungen/versuche/elektromagnet-heimversuch">Heimversuch</a>)</li><li>Die Büroklammern aus Eisen werden durch die stromdurchflossene Spule magnetisiert, d.h. die Elementarmagnete des Eisens der Büroklammern richten sich einheitlich aus (Modell der Elementarmagnete bei <a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/permanentmagnetismus/grundwissen/modell-der-elementarmagnete">Leifi</a>).</li><li>Die stromdurchflossene Spule erhält durch den Strom einen Nord- und Südpol. </li></ul></li><li><strong>Verstärkung der magnetischen Wirkung durch Eisenkern</strong><br />Die magnetische Wirkung einer stromdurchflossenen Spule lässt sich durch einen <strong>Eisenkern</strong> verstärken, der durch das magnetische Feld im Inneren der Spule magnetisiert wird (Modell der Elementarmagnete bei <a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/permanentmagnetismus/grundwissen/modell-der-elementarmagnete">Leifi</a>) und aus <strong>Weicheisen</strong> sein sollte, damit er nach abschalten des Stromes, seine magnetische Wirkung sofort wieder verlieren kann.</li><li><strong>Feldlinienbild einer stromdurchflossenen Spule</strong><br />Das magnetischen Feld einer stromdurchflossenen Spule lässt sich durch <strong>Eisenfeilspäne</strong> bzw. ein <strong>Feldlinienbild</strong> (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/magnetisches-feld-spule/grundwissen/magnetfeld-einer-zylinderspule#:~:text=Verlauf%20des%20Magnetfeldes%20einer%20Zylinderspule">Leifi</a>, <a href="https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/faraday/latest/faraday.html?simulation=magnets-and-electromagnets&locale=de">Phet</a>) darstellen</li><li><strong>Eigenschaften der Feldlinien einer stromdurchflossenen Spule</strong><br />Das magnetische Feld einer stromdurchflossenen Spule<ul><li><strong>entspricht</strong> in seiner Außenwirkung dem eines <strong>Stabmagneten</strong>.</li><li>Auch im<strong> Inneren einer stromdurchflossenen Spule</strong> existiert ein magnetisches Feld, dieses ist <strong>homogen</strong> (Feldlinien parallel und haben den gleichen Abstand).</li><li><strong>Magnetische Feldlinien sind geschlossen. Es gibt keinen Nord- oder Südpol.</strong> Die magnetischen Pole beschreiben nur die Außenwirkung eines Magneten.</li></ul></li></ul><h3>Magnetfeld eines stromdurchflossenen geraden Leiters</h3><ul><li><strong>Feldlinienbild eines stromdurchflossenen geraden Leiters</strong><ul><li>Das Feldlinienbild eines stromdurchflossenen geraden Leiters sind konzentrische Kreise.</li><li>Darstellung durch <a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/magnetisches-feld-spule/grundwissen/magnetfeld-eines-geraden-leiters#:~:text=Nachweis%20der%20Struktur%20mit%20Eisenfeilsp%C3%A4nen">Eisenfeilspäne</a></li></ul><ul><li>Darstellung durch <a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/magnetisches-feld-spule/grundwissen/magnetfeld-eines-geraden-leiters#:~:text=Kreisf%C3%B6rmiges%20Magnetfeld%20um%20geraden%20Leiter">Kompassnadeln</a></li><li>Simulation des Feldlinienbilds (<a href="https://www.walter-fendt.de/html5/phde/magneticfieldwire_de.htm">Walter Fendt</a>)</li></ul></li><li><strong>Entdeckung des Magnetfelds eines stromdurchflossenen geraden Leiters</strong><br />Das Magnetfeld eines stromdurchflossenen geraden Leiters wurde von dem dänischen Professor <strong>Oersted</strong> (<a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Hans_Christian_%C3%98rsted">Wikipedia</a>) entdeckt. (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/stromwirkungen/versuche/orsted-versuch">Leifi</a>)</li><li><strong><a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/magnetisches-feld-spule/grundwissen/magnetfeld-eines-geraden-leiters#:~:text=Abb.%203%20Erste-,Rechte-Faust-Regel,-zur%20Bestimmung%20der">Rechte-Faust-Regel</a> für die </strong><strong>Orientierung des Magnetfelds eines stromdurchflossenen geraden Leiters</strong> (technische Stromrichtung)<ul><li><strong>physikalische Stromrichtung</strong> gibt die Bewegungsrichtung der Elektronen an ("minus nach plus")</li><li><strong>technische Stromrichtung</strong> ("plus nach minus") entgegengesetzt der physikalischen Stromrichtung.</li></ul></li><li><strong>Darstellung von stromdurchflossenem Leiter im Querschnitt</strong><br />Die <strong>Stromrichtung eines geraden stromdurchflossenen Leiters</strong> in die Zeichenebene wird durch ein <strong>Kreuz</strong> bzw. aus der Zeichenebene durch einen <strong>Punkt</strong> im Leiterquerschnitt dargestellt, wobei angegeben sein muss, ob es sich um die physikalische (von Minus- zu Pluspol) oder technische Stromrichtung (von Plus- zu Minuspol) handelt. (<a href="http://elektro-wissen.de/Elektrotechnik/Magnetfeld.php#:~:text=Magnetfeld%20eines%20Stromdurchflossenen%20Leiters">mehr</a>)</li><li>Das <strong>Magnetfeld zweier paralleler stromdurchflossener gerader Leiter<br /></strong>wird durch Überlagerung (Vektoraddition der Kraftvektoren) ermittelt.<ul><li>Feldlinien (<a href="https://physikbuch.schule/magnetic-force-on-a-wire.html#:~:text=Skala%20abgelesen%20werden.-,13.5.6%20Kraft%20zwischen%20zwei%20parallelen%20stromf%C3%BChrenden%20Leitern,-Die%20Lorentzkraft%20bewirkt">Leifi</a>)</li><li>Animation (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/stroeme-magnetisches-feld/versuche/magnetische-kraft-zwischen-zwei-parallel-verlaufenden-stromdurchflossenen-geraden-leitern">Leifi</a>)</li><li>Versuch (<a href="https://www.youtube.com/watch?v=FCjBt7BL1yg">YouTube</a>)</li></ul></li><li><strong>Begründung des Magnetfelds einer stromdurchflossenen Spule<br /></strong>aufgrund des Magnetfelds gerader Leiter (<a title="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/magnetisches-feld-spule/grundwissen/magnetfeld-einer-zylinderspule#:~:text=Verlauf%20des%20Magnetfeldes%20einer%20Zylinderspule" href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/magnetisches-feld-spule/grundwissen/magnetfeld-einer-zylinderspule#:~:text=Verlauf%20des%20Magnetfeldes%20einer%20Zylinderspule">Leifi</a>)</li></ul><h3>Magnetfeld der Erde</h3><h4>Geographischer Nord- und Südpol</h4><ul><li>Beim geographischen Nordpol (Südpol) ist ein physikalischer Südpol (Nordpol)<ul><li><a href="https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/faraday/latest/faraday.html?simulation=magnet-and-compass&locale=de">Simulation bei Phet</a> (Option <em>Erde anzeigen</em>)</li><li><a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/magnetisches-feld-spule/ausblick/erdmagnetfeld">Leifi</a></li></ul></li><li>Die magnetischen Feldlinien treffen auf der gesamten Erdoberfläche unter dem <strong>Inklinationswinkel</strong> (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/magnetisches-feld-spule/ausblick/erdmagnetfeld#:~:text=Inklination%20der%20Magnetfeldlinien">Leifi</a>) auf.<ul><li>Wird mit einer speziellen Inklinationsnadel gemessen.</li><li>Der Winkel beträgt an den Polen 90° und am Äquator 0°.</li><li>In Deutschland beträgt der Winkel 70°.</li></ul></li></ul><h4>Entstehung des Erdmagnetfeldes</h4><ul><li>Sich im äußeren Erdkern <strong>bewegende Lava</strong> ist für das Magnetfeld verantwortlich, die einen <strong>elektrischen Strom</strong> und damit das Magnetfeld erzeugt.</li><li>Der <strong>Permanentmagnetismus</strong> lässt sich demnach letztendlich auf <strong>elektrische Ströme</strong> zurückführen. </li><li>Wegen der sich bewegenden Lava sind das Magnetfeld und damit die <strong>magnetischen Pole</strong> auch <strong>nicht ortsfest</strong>, sondern bewegen sich um einige Kilometer im Jahr.</li></ul><h4>Polumkehr</h4><ul><li>Untersuchungen zeigen, dass das Magnetfeld sich in den letzten 160 Millionen Jahren alle 250000 bis 750000 Jahre umgepolt hat.</li><li><div><p>Da die letzte Polumkehr bereits über 750000 Jahre zurück liegt, wird erwartet, dass in den nächsten Jahrtausenden eine Polumkehr stattfinden wird.</p></div></li></ul><h3>Kraft auf einen stromdurchflossenen geraden Leiter</h3><h4>Lorentzkraft</h4><ul><li>Ein von Strom durchflossener gerader Leiter erfährt in einem senkrecht dazu stehenden homogenen magnetischen Feld zwischen den Polen eines Hufeisenmagneten ein Kraft (Lorentzkraft) senkrecht zur Stromrichtung und zu den magnetischen Feldlinien.<ul><li><a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/kraft-auf-stromleiter-e-motor/grundwissen/kraft-auf-stromfuehrende-leiter-im-magnetfeld">Leifi</a></li><li>Ist die Stromrichtung in Richtung der Feldlinien, erfährt der Leiter keine Kraft.</li></ul><ul><li>Die Lorentzkraft ist abhängig von<ul><li>der Stärke des Magnetfeldes</li><li>der Stromstärke</li><li>der Länge des Leiters im Magnetfeld</li></ul></li></ul></li><li>Animation (Leiterschaukel) von <a href="https://www.walter-fendt.de/html5/phde/lorentzforce_de.htm">Walter Fendt</a></li><li>Versuch der <a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/kraft-auf-stromleiter-e-motor/versuche/magnetische-kraft-auf-eine-stromdurchflossene-leiterschaukel">Uni Zürich</a></li></ul><h4>Rechte-Hand-Regel für Strom</h4><p><strong><a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/kraft-auf-stromleiter-e-motor/grundwissen/kraft-auf-stromfuehrende-leiter-im-magnetfeld#:~:text=Magnetfeldrichtung%20aufgespannten%20Ebene.-,Drei-Finger-Regel%20der%20rechten%20Hand,-Abb.%202%20Drei">UVW-Regel</a></strong></p><ul><li>Daumen (Ursache): Strom</li><li>Zeigefinger (Vermittlung): Magnetfeld</li><li>Mittelfinger (Wirkung): Kraft</li></ul><h3>Kräfte auf eine Leiterschleife</h3><h4>Drehung einer Leiterschleife</h4><ul><li>Da bei einer rechteckigen Leiterschleife der Strom in entgegengesetzten Richtungen fließt,<ul><li>wirken auf den beiden Leiterstücken, in denen der Strom senkrecht zu den Magnetfeldlinien fließt, entgegengesetzte Kräfte, weshalb sich die Leiterschleife dreht.</li><li>Damit die Drehung sich fortsetzt, muss die Stromrichtung bei einem Gleichstrommotor nach einer halben Umdrehung durch einen Kommutator immer wieder gewechselt werden. (Westrommotoren brauchen keinen Kommutator,)</li></ul></li><li><a href="https://www.walter-fendt.de/html5/phde/electricmotor_de.htm">Animation von Walter Fendt</a></li></ul><h4>Elektromotor</h4><ul><li><a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/kraft-auf-stromleiter-e-motor/grundwissen/elektromotor">Elektromotor bei Leifi</a></li><li>mehr Schleifen größere Kraft</li><li>mehr Anker für gleichmäßigere Kraft</li><li>Der Gleichstrommotor kann entweder über die Kraft auf stromdurchflossene Leiter oder durch die Anziehung bzw. Abstoßung von Magnetpolen erklärt werden.</li></ul><h3>Kräfte auf in einem Magnetfeld bewegte Ladungen</h3><ul><li>Die Lorentzkraft ergibt sich als Kraft auf senkrecht zu einem Magnetfeld bewegte Ladungen (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/kraft-auf-stromleiter-e-motor/grundwissen/lorentz-kraft">Leifi</a>).</li><li>Animation der Bahn bewegter Ladungen in einem Magnetfeld (<a href="https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/bewegte-ladungen-feldern/grundwissen/geladene-teilchen-im-magnetischen-querfeld">Leifi</a>)</li><li>Darstellung der Bahn bewegter Ladungen in einem Magnetfeld (<a href="https://de.wikipedia.org/wiki/Fadenstrahlrohr">Versuch mit einem Fadenstrahlrohr bei Wikipedia</a>)</li></ul><!--HTML-Ende-->
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