Lorentzkraft

Die Lorentzkraft ist die Kraft, die sich auf bewegte Ladungen auswirkt.


Veranschaulichung

Formel

Die Lorentzkraft ist gleich dem Produkt aus Ladung, Geschwindigkeit und Magnetfeld.

F_L=q \cdot v \cdot BFL=qvBF_L=q \cdot v \cdot B

Einheit:

[F_L]=\text{N}[FL]=N[F_L]=\text{N}

Richtung der Lorentzkraft

Die Kraftrichtung der Lorentzkraft bestimmt man über:

  • die Linke-Hand-Regel für Elektronen
  • die Rechte-Hand-Regel für Protonen (technische Stromrichtung)

Linke & rechte Hand Regel

  • Daumen: Bewegungsrichtung der Ladung
  • Zeigefinger: Magnetisches Feld
  • Mittelfinger: Lorentzkraft Richtung
Linke Hand Regel - Lorenzkraft

Lorentzkraft auf stromdurchflossene Leiter

Da sich Ladungsträger in Leiter bewegen, spüren auch diese die Lorentzkraft.

Man kann die Lorentzkraft auch mit der elektrischen Stromstärke und der Länge des Leiters ausdrücken.

F_L=I \cdot l \cdot BFL=IlBF_L=I \cdot l \cdot B

Einheit:

[F_L]=\text{N}[FL]=N[F_L]=\text{N}

Beispiele

Bestimmen der Kraft auf ein Teilchen

Jan schaut sich ein Alphateilchen an (Teilchen mit 2 Protonen und 2 Neutronen), das mit einer Geschwindigkeit von 10 000 km/s senkrecht durch ein Magnetfeld mit einer Flussdichte von 3 Tesla durchfliegt. Jetzt fragt er sich:
Wie groß ist die Lorentzkraft, die auf das Teilchen wirkt?

Lösung

Gegeben:
q=2\cdot e=3,2 \cdot 10^{-19}~\text{C}q=2e=3,21019 Cq=2\cdot e=3,2 \cdot 10^{-19}~\text{C}v=10 000~\frac{\text{km}}{\text{s}}=10 000 000~\frac{\text{m}}{\text{s}}v=10000kms=10000000msv=10 000~\frac{\text{km}}{\text{s}}=10 000 000~\frac{\text{m}}{\text{s}}B=3~\text{T}B=3 TB=3~\text{T}
Gesucht:
F_L = ?FL=?F_L = ?
Lösungsweg:
F_L=3,2\cdot 10^{-19}~\text{C} \cdot 10 000 000~\frac{\text{m}}{\text{s}} \cdot 3~\text{T}=9,6\cdot 10^{-12}~\text{N}FL=3,21019 C10000000ms3 T=9,61012 NF_L=3,2\cdot 10^{-19}~\text{C} \cdot 10 000 000~\frac{\text{m}}{\text{s}} \cdot 3~\text{T}=9,6\cdot 10^{-12}~\text{N}
  • Neutronen sind, wie der Name auch schon sagt, neutral. Die Ladung, mit der du rechnen musst, ist somit 2 mal die Elementarladung.
  • Die Geschwindigkeit muss in Meter pro Sekunde umgerechnet werden.
  • Du setzt alles in die Formel der Lorentzkraft ein.

Bestimmung der Ladung

Jan beobachtet wie geladene Teilchen durch ein Magnetfeld fliegen. Durch die Lorentzkraft entstehen 3 verschiedene Bahnen. Er möchte jedem Teilchen eine Ladung zuordnen.

3 verschiedene Teilchen im Magnetfeld - Lorenzkraft

Lösung

Du legst dich auf eine Hand fest und wendest die entsprechende Regel an, hier zum Beispiel auf die Linke-Hand-Regel.

  • Teilchen A: Hat eine negative Ladung, da es in Richtung des Mittelfingers der linken Hand abgelenkt wurde.
  • Teilchen B: Trägt gar keine Ladung, da es nicht abgelenkt wurde.
  • Teilchen C: Zeigt genau in die andere Richtung des Mittelfingers der linken Hand im Vergleich zu Teilchen A, also ist es positiv geladen.

Lorentzkraft auf einen stromdurchflossenen Leiter

Jan hat einen elektrischen Leiter, den er an eine Spannungsquelle anschließt. Der Leiter befindet sich in einem B-Feld. Jan macht eine krasse Beobachtung bezüglich dem angeschlossenen Stromleiter.

Lösung

  • Es befinden sich Elektronen im Leiter und beim Anschließen einer Spannungsquelle wandern sie in die Richtung des positiven Pols. Das entspricht der Bewegungsrichtung der Elektronen.
  • Nun schaust du dir die Richtung des B-Feldes an, welches von Nord nach Süd zeigt und benutzt anschließend die Linke-Hand-Regel.
  • Der Leiter wird dann in die Richtung des Mittelfingers ausgelenkt.
Next topic:
Elektromotor

Continue
Elektromotor

Jetzt unlimited holen!

Mit simpleclub unlimited bekommst du Vollzugang zur App: Du boostest deine Noten, hast mehr Freizeit und gehst sicher in jede Klausur!

Jetzt unlimited holen

Jetzt simpleclub Azubi holen!

Mit simpleclub Azubi bekommst du Vollzugang zur App: Wir bereiten dich in deiner Ausbildung optimal auf deine Prüfungen in der Berufsschule vor. Von Ausbilder*innen empfohlen.

Jetzt simpleclub Azubi holen