Elektrischer Strom und Magnetfeld

Präsentation zum Thema: "Elektrischer Strom und Magnetfeld"—  Präsentation transkript:

1 Elektrischer Strom und Magnetfeld
„Magnetfelder haben mit Bewegung zu tun“

2 Inhalt Stromstärke Stromdichte Strom und magnetisches Feld
Die Lorentzkraft Definition der magnetischen Feldstärke

3 Elektrischer Strom Quotient, Zähler: Die in einem Zeitintervall transportierte elektrische Ladung, Nenner: Zeitintervall Die Stromstärke ist eine skalare Größe

4 Versuch: Feldlinien um einen stromdurchflossenen Leiter

5 Das Magnetfeld von Strömen
Richtung des Stromflusses Magnetische Feldlinien

6 Versuch: Stromdurchflossener Leiter und Kompassnadel

7 Um Strom führende Leitungen liegt ein Magnetfeld!
Jeder Strom ist von einem Magnetfeld umgeben

8 Elektrische Stromstärke
SI-Einheit Anmerkung 1 A = 1 C/s „1 Ampère“ Elektrische Stromstärke, “Elektrischer Strom“ 1 s Zeitintervall 1 C Transportierte Ladung Stromstärke Quotient: Zähler Ladung, Nenner Zeit

9 Elektrische Stromdichte
SI-Einheit Anmerkung 1 A / m2 Elektrische Stromdichte 1 A Stromstärke 1 m2 Vom Strom durchflossene Fläche Stromdichte Quotient: ZählerStromstärke, Nenner Fläche

10 Grundgröße der Elektrizitätslehre
Si-Einheit Zeichen Name Definition Elek-trische Strom-stärke A Ampere Die Stromstärke in zwei parallel zueinander angebrachten Leitern im Abstand von 1m beträgt 1 A, wenn die Ströme, bezogen auf die Länge 1m, die Kraft N aufeinander ausüben

11 Kraftgesetz zwischen zwei Strom durchflossenen Leiterstücken
Abstand r l F F Biot-Savart Gesetz Coulomb-Gesetz F steht für die Kraft zwischen zwei im Abstand r parallel zueinanderliegenden stromdurchflossenen Leiterstücke der Länge l Formal analog zur Coulomb-Kraft für ruhende Ladungen

12 Kraft zwischen zwei Strom durchflossenen Leiterstücken
Zwei im Abstand r parallel zueinanderliegende stromdurchflossene Leiterstücke stoßen sich bei Strom in Gegenrichtung ab Ziehen sich bei Strom in Gleichrichtung an

13 Spezielle Eigenschaft des Magnetfelds: Die Lorentzkraft
Auf eine in einem Magnetfeld B mit Geschwindigkeit v bewegte Ladung q, also auf Ströme, wirkt eine Kraft, die „Lorentzkraft“ F Diese Kraft steht senkrecht zu der Geschwindigkeit und zu der magnetischen Feldstärke

14 Geladene Teilchen bewegen sich im Magnetfeld auf Kreisbahnen
Zentripetalkraft = Lorentzkraft Zentrifugalkraft

15 Geladene Teilchen bewegen sich im Magnetfeld auf Kreisbahnen
Lorentzkraft bei Bewegung senkrecht zur Feldstärke Einheit 1 N Lorentzkraft 1 C Ladung 1 m/s Geschwindigkeit 1 T Magnetfeldstärke Geladene Teilchen bewegen sich im Magnetfeld auf Kreisbahnen

16 Lorentzkraft, vektoriell
Einheit 1 N Lorentzkraft 1 C Ladung 1 m/s Geschwindigkeit 1 T Magnetfeldstärke

17 Versuch: Stromdurchflossener Leiter in einem starken Magnetfeld

18 Eine Strom führende Leitung wird aus dem Magnetfeld gedrängt

19 Die magnetische Feldstärke
Einheit B = F / ( v · q ) 1 Vs/m2 = 1 T (1 Tesla) Magnetische Feldstärke F 1 N Kraft auf eine mit Geschwindigkeit v senkrecht zum Feld bewegte Ladung v 1 m/s Geschwindigkeit q 1 C Elektrische Ladung Richtung der Kraft: Lorentz Kraft

20 Anwendung im EKG von Einthoven (1903)
Nobelpreis 1924 Quelle für Bild und Text, mit freundlicher Genehmigung des Autors:

21 Zusammenfassung Elektrische Stromstärke: Quotient, transportierte Ladung Q durch Zeit t : I = Q / t [A] Stromdichte: Quotient Stromstärke durch vom Strom durchflossene Fläche: J = I / A [A/m^2] Jeder Strom ist von kreisförmigen Magnetfeldlinien umgeben An einem Ort mit magnetischer Feldstärke B wirkt auf eine mit Geschwindigkeit v bewegte Ladung Q eine Kraft F = v · Q · B [N] Richtung der Kraft („Lorentzkraft“) für eine positive Ladung: Senkrecht sowohl zu B als auch zu v (Rechte Hand Regel) Magnetische Feldstärke: Quotient B = F / (v · Q) [T] Zähler: Lorentzkraft auf die bewegte Ladung Nenner: Ladung mal Geschwindigkeit

22 Einthovens EKG mit Saitengalvanometer (1903)
(Prinzip, Signal stark vereinfacht) Magnetfeld Die Lorentzkraft bewegt den Draht, abhängig vom Stromfluss finis