Magnetismus: Lernleitfaden

Kernideen

Magnetfelder werden von bewegten Ladungen erzeugt und wirken auf bewegte Ladungen. Die Kraft steht immer senkrecht auf Feld und Geschwindigkeit, ändert also die Bewegungsrichtung, aber nicht den Betrag der Geschwindigkeit.

• Die Kraft auf eine Ladung ist F = qvB sin θ, auf einen Draht F = BIL sin θ. Sie ist null, wenn die Bewegung entlang des Feldes verläuft.
• Ein geladenes Teilchen, das sich senkrecht zu einem homogenen Feld bewegt, läuft auf einem Kreis mit dem Radius r = mv ÷ (qB).
• Ein langer gerader Draht erzeugt das Feld B = μ₀I ÷ (2πr), und eine Spule hat innen B = μ₀nI mit n Windungen pro Meter.
• Zwei parallele Drähte ziehen sich an, wenn die Ströme gleichgerichtet sind, und stoßen sich ab, wenn sie entgegengesetzt fließen.

Wichtige Gleichungen

• F = qvB sin θ
• F = BIL sin θ
• B = μ₀I ÷ (2πr)
• B = μ₀nI (solenoid)
• r = mv ÷ (qB)
• F ÷ L = μ₀I₁I₂ ÷ (2πd)
• Φ = BA cos θ

Durchgerechnetes Beispiel

Ein Proton (q = 1,6 × 10⁻¹⁹ C, m = 1,67 × 10⁻²⁷ kg) bewegt sich mit 1,0 × 10⁶ m/s senkrecht zu einem Feld von 0,10 T. F = qvB = 1,6 × 10⁻¹⁹ × 1,0 × 10⁶ × 0,10 = 1,6 × 10⁻¹⁴ N. Der Radius ist r = mv ÷ (qB) = 1,67 × 10⁻²⁷ × 1,0 × 10⁶ ÷ (1,6 × 10⁻¹⁹ × 0,10) = 0,10 m.

Häufige Fehler

• Eine Kraft auf eine Ladung erwarten, die sich in Feldrichtung bewegt. Dort ist die Kraft null.
• Bei negativer Ladung die Richtung in der Rechte-Hand-Regel nicht umkehren.
• Glauben, die magnetische Kraft beschleunige das Teilchen. Sie verrichtet keine Arbeit, die Schnelligkeit bleibt konstant.

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