Die Lorentz-Kraft
Dieser Seitwärtsschub beschleunigt oder verlangsamt die Ladung niemals; er biegt nur den Pfad, krümmt ihn zu einem Kreis, wenn das Feld konstant bleibt.
Die Formel
F = q · v · B
- F — Kraft (N): der seitwärts magnetische Schub auf die Ladung
- q — Ladung (C): die Menge an elektrischer Ladung, die das Teilchen trägt
- v — Geschwindigkeit (m/s): wie schnell sich die Ladung bewegt, hier senkrecht zum Feld
- B — Magnetfeld (T): die Stärke des Magnetfelds, durch das sich die Ladung bewegt
Durchgerechnetes Beispiel
Ein geladenes Teilchen mit einer Ladung von 2 Coulomb bewegt sich mit 3 Metern pro Sekunde, senkrecht zu einem Magnetfeld von 5 Tesla. Welche Kraft spürt es?
- q = 2 C
- v = 3 m/s
- B = 5 T
- F = q · v · B
- F = 2 C · 3 m/s · 5 T
F = 30 N
Teste dich selbst
Die gleiche 2 Coulomb Ladung bewegt sich jetzt mit 3 Metern pro Sekunde durch ein stärkeres 10 Tesla Feld. Wie groß ist die Kraft darauf?
- 30 N
- 15 N
- Richtige Antwort: 60 N
Richtig! Verdoppelung des Feldes verdoppelt die Kraft: 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N.
Eine positive Ladung bewegt sich nach rechts durch ein Magnetfeld, das in die Seite zeigt. In welche Richtung drückt die magnetische Kraft sie?
- Richtige Antwort: Aufwärts
- Abwärts
- Vorwärts, in derselben Richtung, in der es sich bereits bewegt
Korrekt! Mit der Rechte-Hand-Regel spürt eine sich nach rechts bewegende positive Ladung in einem in die Seite zeigenden Feld eine Kraft, die sie nach oben drückt.
Wo du das siehst
Ein alter CRT-Fernseher lenkte seinen Elektronenstrahl mit Magnetfeldern und malte dadurch den Bildschirm, indem er geladene Teilchen tausende Male pro Sekunde ablenkte. Die Nordlichter sind dieselbe Physik im planetaren Maßstab: Geladene Teilchen von der Sonne spiralen entlang der Magnetfeldlinien der Erde und leuchten auf, während sie sich krümmen.
Häufige Fehler
Eine positive Ladung von 2 C, die sich mit 3 m/s durch ein 10-T-Feld bewegt, spürt seitwärts 2 C × 3 m/s × 10 T = 60 N.
Wie es sich verbindet
Ströme erzeugen Felder und Felder drücken auf bewegte Ladungen — die zwei Hälften des Rückkopplungspaars des Elektromagnetismus, eine Lektion auseinander. Das Faradaysche Gesetz als Nächstes fügt das Dritte hinzu: Ein sich änderndes Feld erzeugt ganz von allein eine Spannung, die einen Strom treibt. Dieser seitwärtige, geschwindigkeitserhaltende Schub ist der Grund, warum Motoren sich drehen und warum geladene Teilchen in Beschleunigern im Kreis laufen.