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Magnetfeld eines geraden, stromdurchflossenen Drahtes

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Die Autor*innen
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Jakob Köbner
Magnetfeld eines geraden, stromdurchflossenen Drahtes
lernst du in der Sekundarstufe 2. Klasse - 3. Klasse - 4. Klasse - 5. Klasse - 6. Klasse - 7. Klasse

Magnetfeld eines geraden, stromdurchflossenen Drahtes Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Magnetfeld eines geraden, stromdurchflossenen Drahtes kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib die Wirkung eines stromdurchflossenen Drahtes auf eine Kompassnadel wieder.

    Tipps

    Wenn kein Strom durch den Draht fließt, dann zeigt die Kompassnadel in Richtung des magnetischen Nordpols der Erde.

    Lösung

    Der Däne Hans Christian Oersted machte 1820 eine merkwürdige Entdeckung. Sobald Strom durch einen Draht auf seinem Experimentiertisch floss, spielte sein Kompass verrückt. Oersted machte einige Versuche und entdeckte so das magnetische Feld eines elektrischen Stromes. Er stellte eine Kompassnadel parallel zu einem geraden Draht auf. Solange kein Strom fließt, bewegt sich die Kompassnadel nicht und zeigt zum magnetischen Nordpol der Erde. Sobald Strom fließt, ensteht ein Magnetfeld und die Kompassnadel richtet sich senkrecht zum Draht aus. Wenn der Strom umgepolt wird, dann richtet sich auch die Kompassnadel genau in die andere Richtung aus.

  • Beschreibe die magnetischen Feldlinien eines stromdurchflossenen Drahtes.

    Tipps

    Feldlinien veranschaulichen die von einem Feld auf einen Probekörper ausgeübte Kraft.

    Lösung

    Mit Hilfe einer Kompassnadel lässt sich das magnetische Feld um einen stromdurchflossenen Draht herausfinden. Die Kompassnadel richtet sich innerhalb des Magnetfeldes immer so aus, dass sie entlang der Feldlinien liegt. Es zeigt sich, dass der Draht Feldlinien in der Form von konzentrischen Kreisen ausbildet. Wenn der Strom im Draht umgepolt wird, dann zeigen auch die Feldlinien in die entgegengesetzte Richtung.

  • Bestimme die Richtung der Feldlinien.

    Tipps

    Es gilt die physikalische Stromrichtung. Die Elektronen bewegen sich vom Minus- zum Pluspol.

    In diesem Fall muss die Linke-Hand-Regel verwendet werden.

    Lösung

    Zu sehen ist eine rechteckige Leiterschleife, die an einer Stromquelle angeschlossen ist. Die Flussrichtung ist markiert und führt vom Minus- zum Pluspol. Da also die physikalische Stromrichtung verwendet wird, kann die Linke-Hand-Regel verwendet werden um die Richtung der magnetischen Feldlinien zu ermitteln. Dazu wird der Daumen der linken Hand in Stromrichtung gehalten, wobei die anderen Finger eingeklappt sind und zur Faust geballt sind. Die Fingerspitzen zeigen uns nun die magnetischen Feldlinien an.

  • Berechne die magnetische Feldstärke.

    Tipps

    Verwende die Formel zur Bestimmung der magnetischen Feldstärke um einen stromdurchflossenen Leiter.

    Die Formel lautet: $\begin{align} H=\frac{I}{2\pi \cdot r} \end{align}$.

    Lösung

    Die Formel zur Berechnung der Feldstärke $H$ um einen stromdurchflossenen Leiter lautet:

    $\begin{align} H=\frac{I}{2\pi \cdot r} \end{align}$

    $I$ ist dabei die Stromstärke und $r$ der Radius und somit der Abstand zum Draht. Wir setzen ein:

    $\begin{align} H &=\frac{2\,A}{2\pi \cdot 0,15\,m}\\ &\approx 2,12 \frac{A}{m} \end{align}$

  • Gib an, welche Aussagen über die Linke-Hand-Regel stimmen.

    Tipps

    Bei der Linken-Hand-Regel wird der Daumen ausgestreckt, während die übrigen Finger zur Faust geballt werden.

    Lösung

    Wenn die physikalische Stromrichtung verwendet wird, dann dient die Linke-Hand-Regel der Bestimmung der magnetischen Feldlinien. Der Daumen der linken Hand zeigt in Richtung des elektrischen Stroms. Die Finger simulieren nun die Feldlinien, die als konzentrische Kreise um den stromdurchflossenen Leiter verlaufen.

  • Berechne die erforderliche Stromstärke.

    Tipps

    Verwende die Formel der magnetischen Feldstärke um einen stromdurchflossenen Leiter.

    Die Formel zur Bestimmung der magnetischen Feldstärke lautet: $\begin{align} H=\frac{I}{2 \pi \cdot r} \end{align}$.

    Vergiss nicht die Einheit (kA) anzugeben.

    Lösung

    Die Formel zur Bestimmung der magnetischen Feldstärke lautet:

    $\begin{align} H=\frac{I}{2 \pi \cdot r} \end{align}$

    Umgestellt nach $I$ und die Werte eingesetzt ergibt sich:

    $\begin{align} I &=H \cdot 2 \pi \cdot r\\ &\Rightarrow 2000000 \, \frac{A}{m} \cdot 2 \pi \cdot 0,02 \, m \\ &= 251327 \,A \\ &\approx 251,33 \, kA\\ \end{align}$

    Wie du siehst, benötigt ein MRT einen sehr hohen Strom.

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