Elektrodynamik und Optik - Fachbereich Physik der Universität ...

Elektrodynamik 69
Hinweis: Verwechseln Sie das magnetische Moment µmag nicht mit der
Permeabilität µ und der Permeabilitätszahl µr.
Anwendungen: Elektromotor, Drehspulgalvanometer, ...
Das Funktionsprinzip eines Elektromotors beruht auf dem durch die Lorentzkräfte verursachten Drehmoment
einer (Wechsel-) stromdurchflossenen Leiterschleife in einem homogenen statischen Magnetfeld B. Quelle:
Tipler, Abb. 26.21, S.889
In einem Elektromotor befindet sich eine drehbar gelagerte Leiterschleife in
einem homogenen Magnetfeld B. Fließt durch die Leiterschleife der Strom I, dann
wirkt auf sie so lange ein Drehmoment M, bis das magnetische Dipolmoment µmag
(das in die gleiche Richtung wie der Flächenvektor A der Schleife zeigt) parallel
zum B-Feld steht. In diesem Moment wird der Strom durch einen Kommutator
(Polwender) umgepolt, woraufhin sich das Moment der Schleife schlagartig um
180° dreht und damit eine Fortsetzung der Drehung der Leiterschleife zur Folge
hat.
5.3.13 Die Einheit der Stromstärke, das Ampere, ist über die Kraftwirkung
zweier paralleler gerader Leiter definiert
Da Ströme I Magnetfelder B erzeugen,
Magnetfelder ihrerseits aber
Lorentzkräfte F auf die Ladungen
ausüben, müssen sich zwei gerade und
parallel zueinander angeordnete Leiter
gegenseitig anziehen, wenn sie in
gleicher Richtung von Strömen
durchflossen werden bzw. gegenseitig
abstoßen, wenn die Stromrichtung
antiparallel ist:
FL,2 = q2
⋅ v2 × B1
r
= I2
⋅Δ l2
× B1
r r
= I2 ⋅Δl2 ⋅B1 ( da B1
⊥Δl2)
r µ 0 ⋅I1
= I2
⋅Δl2 ⋅
2 ⋅π ⋅R
µ 0 I
Hinweis: Die Herleitung des Ausdrucks B = ⋅ für das Magnetfeld eines
2 ⋅π
R
langen, geraden, stromdurchflossenen Leiters lässt sich in Lehrbüchern
nachschlagen.
Die Lorentzkraft FL,2 pro Längenelement Δl2 beträgt demnach:
E3.21
Drehspulgalvanometer
E3.4 Kraftwirkung
zwischen zwei parallelen
stromdurchflossenen
Leitern vs. senkrecht
zueinander
angeordneten Leitern