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Magnetfelder, Induktion, Lorentz-Kraft

Magnetfelder entstehen zum einen an Permanentmagneten und zum anderen durch bewegte elektrische Ladungen.

Magnetfelder haben 2 Pole: Nordpol und Südpol. Jede Magnetfeldlinie ist geschlossen. Es scheint bei Permanentmagneten so zu sein, dass die Magnetfeldlinien am Nordpol beginnen und am Südpol enden, innerhalb des Magneten gehen sie aber weiter und schließen so den Kreis.

 

Hier Graphik eines Magneten einfügen.

 

Die Kraft in einem Magnetfeld auf eine bewegte Ladung heißt Lorentz-Kraft F$_L$:
\begin{equation*}
\vec{F}_L = q \cdot \vec{v} \times \vec{B}
\end{equation*}

 

Dieses merkwürdige Kreuz steht für das Kreuzprodukt. Eine kurze Zusammenfassung des Kreuzproduktes findest Du weiter unten. Wichtig ist nur zu verstehen, dass das Kreuzprodukt für Vektoren die parallel sind 0 ist und für Vektoren die rechtwinklig aufeinander stehen einen Vektor ergibt der rechtwinklig auf den anderen steht und dessen Länge dem Produkt der Länge der beiden multiplizierten Vektoren entspricht.

Wenn sich das Teilchen rechtwinklig zum Magnetfeld bewegt dann vereinfacht sich die Lorentzkraft zu.

\begin{equation*}
{F}_L = q \cdot {v} \cdot {B}
\end{equation*}

Wenn sich das Teilchen nicht bewegt oder parallel zu den Magnetfeldlinien bewegt dann gibt es keine Lorentzkraft.

Mit der \textbf{Rechte-Hand-Regel} lässt sich mühelos die Richtung der Lorentz-Kraft für positive Ladungen bestimmen. Den Zusammenhang dargestellt findest du in dieser Graphik:

Für negativ geladene Teilchen also zum Beispiel Elektronen muss die Linke-Hand-Regel verwendet werden. Diese funktioniert genau wie die rechte Hand-Regel nur, wie der Name sagt mit der linken Hand.

 

Induktion:

Ändert sich das magnetische Feld, entsteht ein elektrisches Feld. Dieses kann zum Beispiel einen Strom erzeugen.

Abbildung

Hier siehst du wie ein Magnet der durch eine Spule geschoben ist in ihr einen Strom erzeugt ein Strom der durch eine Spule fließt erzeugt wiederrum ein Magnetfeld, welches der Änderung des Magnetfeldes entgegen steht. Diesen Effekt das Änderungen von Magnetfeldern Kräfte erzeugen die ebendiesen Änderungen entgegenstehen nennt man Lenz’sche Regel. Die Magnetfelder erhalten sich quasi für eine gewisse Zeit selbstständig. Eine Anwendung hiervon wird im Kapitel Spule erklärt.