Magnetfelderzeugung durch elektrische Ströme

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(Kursstufe > Elektro-Magnetismus)


Versuche

Magnetfeld eines stromdurchfloßenen Kabels und einer Spule

Aufbau

Netzgerät mit max 20A, Kabel, Magnetprobe, Kompass

Mit einem kleinen Kompass die Umgebung des stromdurchflossenen Kabels untersuchen.

Eisenfeilspäne in eine stromdurchflossene Spule auf dem Tageslichtprojektor.

Erstmal eine Windung, dann viele Windungen.

Beobachtung

Ein Elektromagnet

Versuch Aufbau Elektromagnet.jpg
Aufbau

Spule, 500 Windungen, Eisennägel, Eisenkern, Magnetprobe

Das Kabel wird in zwei große Schleifen gelegt oder 10 mal um einen Kunststoffschlauch gewickelt. Kann man damit einen Nagel hochheben?

Man wickelt ein Kabel oft um einen kurzen Bleistift und versucht damit eine Büroklammer hochzuheben.

Man wickelt das Kabel um ein Stück Eisen und versucht damit Büroklammern anzuheben.

Spule ohne Kern, mit Magnetprobe abtasten. Einen Nagel in die Nähe der Spule bringen. Viele Nägel in die Nähe des Spuleninneren bringen oder einen Eisenkern nicht mittig in die Spule legen.

In die Spule einen Eisenkern stecken. Jetzt nochmal in die Eisennägel.

Ergebnisse

  • Um einen elektrischen Strom befindet sich ein magnetisches Wirbelfeld.
Bei einem Wirbelfeld verlaufen die Feldlinien "im Kreis" und haben kein Anfang und kein Ende, so wie das bei Dauermagneten der Fall ist. Das ist eine vereinfachte Formulierung eines Teils der "1. Maxwellschen Gleichung", auch "Durchflutungsgesetz" genannt.
Die Richtung der Feldlinien erhält man mit der "Rechten-Hand-Regel": Daumen in technischer Stromrichtung von + zu -. Dann zeigen die Finger die Feldlinienrichtung an.
  • Das Feld einer schlanken Spule mit vielen Windungen ist fast ausschließlich in der Spule und homogen.
Es entsteht durch Überlagerung der Felder von jeder Windung.
Mit Hilfe eines Spulenfeldes kann man dann die magnetische Feldstärke festlegen.
  • Ströme sind "Wirbelquellen" von Magnetfeldern ähnlich wie magnetische Ladungen Quellen von Magnetfeldern sind.
Vertauscht man in den graphischen Darstellungen die Feldlinien mit den Feldflächen, so findet man Ähnlichkeiten zwischen den Quellenfeldern und den Wirbelfeldern.
  • Vergleiche:
    • Zwei Kabel - Zwei Ladungen
    • Spule -Kondensator
  • Ströme sind "Wirbelquellen"
    • Feldflächen beginnen und enden bei den elektrischen Strömen
    • Feldlinien verlaufen um die Ströme herum