In diesem Beitrag zeige ich euch, wie wir im Physikunterricht am GAK die Lorentzkraft und ihre Abhängigkeit von der Länge des Leiters untersucht haben. Das Experiment fand im Rahmen des Physikunterrichts im Leistungskurs Stn statt.

Für das Experiment benötigten wir folgende Geräte und Materialien:

Feldspule

Grundplatte

Leiterplatinen mit Leiterlängen 5 cm, 3,5 cm, und 2,5 cm

Experimentierkabel

zwei Gleichspannungsnetzgeräte

zwei Vielfachmessgeräte

Ausgleichsmassen, Pinzette, Acrylglasplatte

Wir bauten den Versuchsaufbau gemäß der Anleitung auf. Dabei schlossen wir die Feldspule über ein Vielfachmessgerät an das erste Netzgerät an und die Grundplatte über ein zweites Vielfachmessgerät an das zweite Netzgerät.

Durchführung mit 5 cm Platine:

• Zunächst stellten wir die Spannung am ersten Netzgerät so ein, dass der Strom durch die Feldspule 2 A betrug.
• Anschließend hängten wir eine Ausgleichsmasse an die 5 cm lange Platine und erhöhten die Spannung für den Leiterstrom langsam, bis die Platine wieder horizontal war.
• Die gemessene Leiterstromstärke wurde notiert.

Wiederholung mit anderen Platinen:

• Die Schritte wurden für die Platinen mit den Längen 3,5 cm und 2,5 cm wiederholt.
• Jede Messung wurde protokolliert.

Messungen und Ergebnisse

Unsere Messergebnisse haben wir in der folgenden Tabelle festgehalten.

Auswertung und Fazit

Die Berechnungen zeigten (im Rahmen der Messtoleranz), dass die Lorentzkraft proportional zur Länge des Leiters ist. Aber wie genau sieht man das?

Der Zusammenhang zwischen der Lorentzkraft und der Länge des Leiters kann durch den direkten Vergleich der Messwerte erkannt werden. Wenn die Länge des Leiters sinkt, steigt der Strom proportional. Dies zeigt, dass die Kraft bei konstanter Masse ebenfalls proportional zur Länge des Leiters ist.

Daraus lässt sich schließen, dass der Strom invers proportional zur Länge ist, und somit die Kraft proportional zur Länge des Leiters ist, weil die gemessene Kraft über die Masse (die konstant bleibt) gleichbleibend ist.

Dies bedeutet, dass eine längere Leiterbahn eine größere Kraft erfährt, wenn sie von einem Strom durchflossen wird und sich in einem Magnetfeld befindet. Unsere Ergebnisse stimmen somit mit der theoretischen Annahme überein, dass die Lorentzkraft neben der magnetischen Feldstärke und dem Strom auch von der Länge des Leiters abhängt.

Danksagung: Dieses Experiment habe ich nicht im Alleingang durchgeführt. Mir standen Tobias und Johannes zur Hilfe, und ich möchte mich dafür ganz herzlich bei ihnen bedanken. Ein besonderer Dank gilt auch Df, der uns dieses Schülerexperiment ausgeliehen hat, sowie Stn, der uns während der Durchführung betreut hat. Ohne diese Unterstützung wäre dieses Experiment in dieser Form nicht möglich gewesen.