Elektromagnete – Entdeckung und Entwicklung
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Lerntext zum Thema Elektromagnete – Entdeckung und Entwicklung
Ørsted-Versuch
Der dänische Physiker Hans Christian Ørsted entdeckte im Jahr 1820, dass Elektrizität und Magnetismus miteinander verbunden sind. Während einer Vorlesung bemerkte er, dass eine Kompassnadel abgelenkt wurde, wenn ein elektrischer Strom durch einen nahe gelegenen Draht floss. Ørsted schloss daraus, dass elektrischer Strom ein Magnetfeld erzeugen kann. Dies war der erste Nachweis des Zusammenhangs zwischen Elektrizität und Magnetismus und führte zur Entwicklung des Elektromagnetismus.
Der Elektromagnetismus beschreibt die Wechselwirkungen zwischen elektrischen Strömen und Magnetfeldern. Ein stromdurchflossener Leiter erzeugt ein Magnetfeld und umgekehrt kann ein sich änderndes Magnetfeld einen elektrischen Strom induzieren. Diese Prinzipien sind die Grundlage für viele moderne Technologien, wie Elektromotoren, Generatoren und Transformatoren.
Die folgende Abbildung veranschaulicht den von Ørsted durchgeführten Versuch:
Dabei erkennt man, dass sich die Kompassnadel nach dem vom Leiter erzeugten Magnetfeld ausrichtet.
Zusammenhang zwischen Stromfluss und Magnetfeld
Ørsted zeigte, dass ein elektrischer Strom ein Magnetfeld erzeugt. Wenn ein Strom durch einen Draht fließt, bildet sich ein Magnetfeld um den Draht. Dieses Magnetfeld verläuft in konzentrischen Kreisen um den Draht. Die Richtung des Magnetfelds kann mit der Rechte-Faust-Regel bestimmt werden:
Umfasst man den Draht mit der rechten Hand so, dass der Daumen in Stromrichtung zeigt, dann zeigen die gekrümmten Finger die Richtung des Magnetfelds an.
Magnetisierung
Magnetisierung bezeichnet den Prozess, bei dem ein Material magnetisch gemacht wird. Wenn ein Material einem starken Magnetfeld ausgesetzt wird, richten sich die Elementarmagnete im Inneren des Materials aus und erzeugen ein eigenes Magnetfeld. Ein solcher Magnet bleibt magnetisch, auch wenn das äußere Magnetfeld entfernt wird. Diese Eigenschaft wird in der Herstellung von Permanentmagneten genutzt.
Modell der Elementarmagneten
Das Modell der Elementarmagneten beschreibt, wie Materialien magnetisch werden. Es geht davon aus, dass in jedem Material winzige magnetische Bereiche existieren, die sogenannten Elementarmagnete. Diese Elementarmagnete können sich ausrichten, wenn sie einem Magnetfeld ausgesetzt werden. In einem nicht magnetisierten Zustand sind die Elementarmagnete zufällig ausgerichtet, wodurch sich ihre magnetischen Effekte gegenseitig aufheben. Die folgende Abbildung veranschaulicht diesen Zusammenhang:
Permanentmagnet
Ein Permanentmagnet ist ein Material, das seine magnetischen Eigenschaften dauerhaft behält. Er wird hergestellt, indem ein geeignetes Material einem starken Magnetfeld ausgesetzt wird, wodurch die Elementarmagnete im Material ausgerichtet werden. Diese Ausrichtung bleibt bestehen, auch wenn das äußere Magnetfeld entfernt wird. Permanentmagnete sind in vielen Alltagsgegenständen zu finden, wie zum Beispiel in Kühlschrankmagneten, Lautsprechern und Elektromotoren.
Zusammenfassung – Elektromagnetismus: Entdeckung und Entwicklung
- Hans Christian Ørsted entdeckte im Jahr 1820, dass Elektrizität und Magnetismus miteinander verbunden sind. Er bemerkte, dass eine Kompassnadel von einem stromdurchflossenen Leiter abgelenkt und beeinflusst wurde.
- Stromdurchflossene Leiter erzeugen demnach ein Magnetfeld um sich herum. Die Magnetfeldrichtung lässt sich mithilfe der Rechte-Faust-Regel ermitteln, indem der stromdurchflossene Leiter mit der Hand umfasst wird. Wenn der Daumen in die technische Stromrichtung zeigt, dann ergeben die restlichen Finger die Richtung des Magnetfelds um den Leiter herum.
- Die Magnetfelder von stromdurchflossenen Spulen können mithilfe von magnetischen Eisenkernen verstärkt werden, da die Elementarmagnete im Eisenkern sich nach dem Magnetfeld der Spule ausrichten.
Häufig gestellte Fragen zum Thema Elektromagnetismus – Entdeckung und Entwicklung
Kräfte im Magnetfeld
Magnetfeld eines geraden, stromdurchflossenen Drahtes
Magnetfeld von Spulen
Magnetische Permeabilität µ
Lorentzkraft – Kraft auf bewegte Ladungsträger im Magnetfeld
Lorentzkraft – Bewegte Ladung und Ströme im magnetischen Feld
Magnetischer Fluss Φ und magnetische Flussdichte B – Vergleich
Energie einer stromdurchflossenen Spule
Energiedichte von Feldern
Bestimmung der spezifische Ladung am Fadenstrahlrohr
Felder im Vergleich
Elektromagnete – Entdeckung und Entwicklung
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