Physik · P5 · Magnetismus

Ørsted: Magnetfeld von Leiter und Spule

1820 bemerkte Hans Christian Ørsted, dass eine Kompassnadel ausschlägt, wenn in einem Draht daneben Strom fließt: Elektrischer Strom erzeugt ein Magnetfeld. Hier stehen viele kleine Kompassnadeln um einen Draht oder eine Spule. Ohne Strom zeigen sie alle nach Norden, denn sie spüren nur das schwache Magnetfeld der Erde. Mit Strom überlagern sich das Feld des Stroms und das Erdfeld.

So gehst du vor

1Schalte den Strom ein und aus und beobachte die Nadeln. Pole um und ändere die Stromstärke.
2Sage die Richtung der Nadeln zuerst mit der linken Hand voraus. Prüfe dann mit „Handregel“ und „Feldlinien“.
3Ziehe den großen Kompass mit dem Finger herum. Die Anzeige vergleicht das Feld des Stroms mit dem Erdfeld.
4Bei „Ørsteds Versuch“ liegt der Draht über oder unter der Nadel. Stelle Richtung, Lage und Abstand ein.

Blick von oben auf eine waagerechte Platte, durch die der Draht senkrecht führt; Norden ist oben. Kreuz: Die Elektronen fließen in die Ebene hinein, Punkt: Sie kommen heraus. Tippe auf den Draht, um umzupolen. Die Stärke des Felds ist proportional zur Stromstärke I und umgekehrt proportional zum Abstand r vom Draht: B ∼ Ir. Bei 1 A ist es in 1 cm Abstand etwa so stark wie das Erdfeld.

Rot ist der Nordpol der Nadeln. Die Nadeln zeigen das Gesamtfeld aus Strom und Erdfeld, die Feldlinien nur das Feld des Stroms. Gerechnet wird mit dem waagerechten Anteil des Erdfelds in Süddeutschland. Stromrichtung heißt hier immer Bewegungsrichtung der Elektronen; die technische Stromrichtung ist entgegengesetzt.

Ansicht

Strom

Stromstärke I

10,0 A

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Abstand des Kompasses vom Draht

9,2 cm

Feld des Stroms am Kompass

0,00 × Erdfeld

Linke-Faust-Regel

Umfasse den Leiter mit der linken Hand so, dass der Daumen in die Bewegungsrichtung der Elektronen zeigt. Dann zeigen die gekrümmten Finger in die Richtung der Feldlinien.

Aufträge

Wähle „Gerader Leiter“. Wohin zeigen die Nadeln ohne Strom? Schalte den Strom ein (Elektronen in die Ebene hinein). Sage mit der linken Faust voraus, wie sich die Nadeln rund um den Draht einstellen, und prüfe mit „Handregel“. Warum zeigen die Nadeln am Bildrand trotzdem fast nach Norden?
Suche mit dem großen Kompass die Stellen, an denen das Feld des Stroms genau so stark ist wie das Erdfeld (Anzeige 1,00). Wie weit sind sie bei 10 A, bei 5 A und bei 2 A vom Draht entfernt? Wie ändert sich das Feld, wenn du den Abstand verdoppelst?
Wähle „Ørsteds Versuch“: Draht Nord-Süd über der Nadel, die Elektronen fließen nach Norden. Wohin schlägt der Nordpol der Nadel aus? Wohin, wenn der Draht unter der Nadel liegt? Sage es erst mit der linken Faust voraus. Spanne den Draht dann in Ost-West-Richtung. Warum schlägt die Nadel nicht mehr zur Seite aus?
Wähle „Spule“ und schalte den Strom ein. Bestimme aus den Kreuzen und Punkten mit der Spulenregel, an welchem Ende der Nordpol liegt, und prüfe mit den Nadeln. Was ändert sich beim Umpolen? Wähle danach „Zwei Drähte“ mit gleicher Elektronenrichtung: Ziehen sich die Drähte an oder stoßen sie sich ab?

Dauermagnete und ihre Feldlinien zeigt die Seite Magnetfeld mit Kompassnadeln, die Spule mit Eisenkern die Seite Elektromagnet.