Lorentzkraft

Wissenschaft Physik
#1

Hallo liebe Experten !

Neulich kam mir die Frage auf, wie viel elektische Spannung wohl induziert wird, wenn eine 1 m^2 große Metallplatte sagen wir auf einem Auto übers Land gefahren wird. Der elektrische Leiter bewegt sich damit ja durchs Erdmagnetfeld. Mir ist bewusst dass man dafür Länge der Fahrt kennen muss, die Ausrichtung der Platte und es wohl auch regionale Unterschiede im Erdmagnetfeld geben kann - mir geht es aber darum ob es ein denkbares Szenario gibt, in dem ein Auto ganz normal fährt und durchs Erdmagnetfeld eine elektrische Spannung in der Metallplatte induziert wird, die a) messbar ist und b) verwendbar ist ?

Gruß Aqib

#2

Hallo!

Neulich kam mir die Frage auf, wie viel elektische Spannung
wohl induziert wird, wenn eine 1 m^2 große Metallplatte sagen
wir auf einem Auto übers Land gefahren wird. Der elektrische
Leiter bewegt sich damit ja durchs Erdmagnetfeld. Mir ist
bewusst dass man dafür Länge der Fahrt kennen muss,

… muss man nicht! …

die
Ausrichtung der Platte und es wohl auch regionale Unterschiede
im Erdmagnetfeld geben kann - mir geht es aber darum ob es ein
denkbares Szenario gibt, in dem ein Auto ganz normal fährt und
durchs Erdmagnetfeld eine elektrische Spannung in der
Metallplatte induziert wird, die a) messbar ist und b)
verwendbar ist ?

Zu a) mit Sicherheit!
Zu b) eher nicht.

Die Größenordnung kannst Du Dir selbst ausrechnen:

Uind = B * v * d

B: Erdmagnetfeld (genauer: Die Komponente des Erdmagnetfelds, die orthogonal zur Fahrtrichtung und zur Ausrichtung der Metallplatte ist). Schwankt regional sehr stark. Grober Schätzwert

B = ca. 30µT = 3 * 10^-5 T

v: Geschwindigkeit in m/s (Sinnvollerweise sollte das Auto quer zum Feld, also in Ost-West-Richtung fahren).

d: Breite der Platte (Wenn wir am Äquator sind und von einer horizontalen Feldrichtung ausgehen, wäre es wohl besser, von der Höhe der Platte zu sprechen, weil man sie dort senkrecht stellen sollte).

Michael

#3

Hallo!

Ich vergaß zu erwähnen, dass Du die erzeugte Spannung an Bord des Autos nicht messen kannst. Angenommen Du würdest ein Spannungsmessgerät am unteren Rand der Platte anschließen. Ein Kabel würde dann das Potenzial am oberen Rand abgreifen. Dann würde in diesem Kabel genau aus demselben Grund dieselbe Spannung induziert werden wie in der Platte. Wegen der Maschenregel ergäbe sich daher eine Spannung von 0.

Man kann die induzierte Spannung jedoch messen, wenn sich das Messgerät nicht mitbewegt, sondern über Schleifkontakte (ähnlich wie die Oberleitung der Eisenbahn) mit der Platte verbunden ist.

Michael

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#4

sehr wenig
ohne es jetzt zu rechnen, nutzbar ist sie sicher nicht. messbar vermutlich schon, weil man sehr empfindlich sträme messen kann. Aber das Erdmagnetfeld ist relativ schwach und „groß“, also auf 1km weg passiert nicht viel, der gradient ist klein. Die Magnetfeldänderung die diese Metallplatte dann „spürrt“ ist daher extrem klein.

#5

Hallo Aqib,

Neulich kam mir die Frage auf, wie viel elektische Spannung
wohl induziert wird, wenn eine 1 m^2 große Metallplatte sagen
wir auf einem Auto übers Land gefahren wird.

Eine Spule wäre da besser geeignet.

verwendbar ist ?

Das wäre aber sinnfrei.
Die erzeugte Energie kommt aus dem Benzin und die Lichtmaschine hat einen besseren Wirkungsgrad als deine Konstruktion.

MfG Peter(TOO)

#6

Hallo!

Eine Spule wäre da besser geeignet.

Eine Spule, die sich dreht, vielleicht. Eine Spule, die linear bewegt wird, jedoch sicher nicht. Eine solche Spule hätte nur dann einen Vorteil, wenn sie nur zum Teil ins Feld hineinragen würde. Das kann man beim Erdmagnetfeld mit Sicherheit ausschließen.

Michael

#7

Vielen Dank für die Antworten ! owT
owT

#8

Hallo!

Aber das Erdmagnetfeld ist relativ schwach und
„groß“, also auf 1km weg passiert nicht viel, der gradient ist
klein. Die Magnetfeldänderung die diese Metallplatte dann
„spürrt“ ist daher extrem klein.

Das ist aber auch unerheblich, denn die in der Metallplatte befindlichen Ladungsträger (frei bewegliche Elektronen) erfahren auch bei Bewegung durch ein räumlich und zeitlich konstantes Magnetfeld eine Lorentzkraft.

Durch diese Kraft kommt es zu einer Ladungsträgerkonzentration an einem Ende der Platte und damit einhergehend zu einem elektrischen Feld innerhalb der Platte. Überdeckt das elektrische Feld E eine Länge L, so misst man zwischen seinen Enden die Spannung U=EL.

Liebe Grüße,

TN