Hallo!
In Physik (Erhöter Niveau Kurs Jg. 12) behandeln wir derzeit den Thomsonschen Ringversuch mit einem Alu Ring um einen Eisenkern eines Elektromagneten. Es wird gesagt, dass durch die Lenzsche Regel in dem Ring ein Kreistrom induziert wird. Dabei hat sich dem Kurs die Frage gestellt wodurch die Elektronen im Ring bewegt werden. Würden sie durch die linke-Faust-Regel bewegt werden würde sich schließlich nicht ein gegensetzliches Magnetfeld aufbauen.
Vielleicht hier kennt jemand eine Antwort die 12. Klässler verstehen.
Falls unser Problem noch nicht ganz klar geworden ist einfach nochmal nachfragen.
Mit freundlichen Grüßen
sZPeddy
Hallo!
Das Problem ist, dass die „Linke-Hand-Regel“, die „Linke-Faust-Regel“ usw. Konstruktionen sind, um einen relativ komplizierten physikalischen Sachverhalt deutlich zu machen. In vielen Fällen reichen diese Dinge vollkommen aus, um etwas zu verstehen - aber eben nicht in allen. Es könnte sein, dass es für diesen Versuch keine sinnvolle Erklärung mit dieser Schulphysik gibt.
Die korrekte Beschreibung der Elektrodynamik erfolgt über die Maxwellschen Gleichungen. Diese sind mit der Schulmathematik nicht zu verstehen, aber man kann sie sprachlich ausdrücken:
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Die zeitliche Änderung eines elektrischen Feldes (oder ein elektrischen Strom) ruft ein magnetisches Wirbelfeld hervor.
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Die zeitliche Änderung eines magnetischen Feldes ruft ein elektrisches Wirbelfeld hervor.
Wenn sich also die magnetische Feldstärke im Inneren des Alu-Rings ändert, dann bilden sich elektrische Feldlinien aus, die genau entlang des Rings laufen und die Elektronen in Bewegung setzen. Wenn man auf diesen Elektronenstrom die erste der beiden Regeln anwendet, so kommt man wieder zu einem Magnetfeld, das dem ursprünglichen Magnetfeld genau entgegen gerichtet ist.
Alle Induktionserscheinungen, die mit der Veränderung von elektrischen Feldern zu tun haben, sind mit der Schulphysik schwer zu erklären, weil man auf zunächst ruhende Elektronen keine Lorentz-Kraft ausüben kann.
Ich hoffe, dass ich trotzdem weiterhelfen konnte.
Michael
Hi,
Also letztendlich werden sie ja dadurch bewegt, da Spannung induziert wird.
Durch das Einschalten des Elektromagneten ändert sich ja erstmal dessen Magnetfeld.
Das heißt, auch das Magnetfeld, das den Aluring durchsetzt ändert sich. Daraus folgt, im Ring wird Spannung induziert.
Jetzt kommt dann eben deine Lenz’sche Regel, die besagt, dass sich die Induktionselbst entgegen wirkt. Das heißt bei diesem Versuch erstmal, dass sich um den Ring herum ein Magnetfeld aufbaut, das entgegengesetzt gerichtet ist, die das Magnetfeld des Stabmagneten, dadurch wird die Magnetfeldänderung geringer und die induzierte Spannung damit auch.
Jetzt fließt aber trotzdem Strom durch den Aluring. Die Richtung kannst du mit der linken Faustregel bestimmen, da du ja weißt in welche Richtung die Magnetfeldlinien laufen müssen.
Hast du jetzt die Richtung des Stroms schaußt du dir wirder das Magnetfeld des Stabmagneten an. Jetzt kannst du über die linke Drei-Finger-Regel bestimmen in welche Richtung deine Lorentz-Kraft zeigt, und das sollte jetzt ziemlich genau nach vorne sein.
Ich hoffe du kannst mit dieser Erklärung irgendwas anfangen. Wenn nicht frage einfach nochmal^^
lg
Merlin
Danke für die Schnelle Antwort. Das Hilft mir schonmal weiter! Allerdings hab ich noch zwei fragen:
- Die zeitliche Änderung eines magnetischen Feldes ruft ein
elektrisches Wirbelfeld hervor.
Durch das elektrische Wirbelfeld kommt es letztenendes doch zu dem Kreisstrom im Ring. Wie lässt sich denn die Richtung des Induzieren Stroms bestimmen? Schließlich breitet sich das Magnetfeld in die gleiche Richtung aus wie die Feldlinien verlaufen. Die Bewegungsrichtung der Elektronen ist dazu Rechtwinklig aber für mich ergibt sich da keine Richtung.
Zweite Frage: Wie kann man sich ein elektrisches Wirbelfeld vorstellen? Ist es vergleichbar mit dem Magnetfeld um einen Stromdurchflossenden Leiter, nur dass die „Wirbelfeldlinien“ genau andersherum als die Magnetfeldlinien um den Leiter, also praktisch eine rechte Hand Regel?
Gruß
sZPeddy