Magnetische Wirkung des elektrischen Stroms
Der Oersted-Versuch zeigt ein fundamentales Prinzip der Physik: Fließt Strom durch einen Leiter, entsteht ein Magnetfeld um diesen herum. Die Stärke dieses Feldes nimmt mit der Stromstärke zu. Bei diesem klassischen Experiment kannst du beobachten, wie sich eine Kompassnadel in der Nähe eines stromdurchflossenen Leiters ausrichtet.
Der Versuchsaufbau ist einfach: Ein gerader Leiter wird an ein Gleichstromnetzgerät angeschlossen, und eine Magnetnadel wird in dessen Nähe platziert. Ohne Stromfluss zeigt die Nadel zum geographischen Nordpol. Sobald Strom fließt, richtet sich die Nadel nach dem Magnetfeld des Leiters aus. Eine Umpolung des Stroms führt zu einer Änderung der Magnetfeldrichtung.
Um einen stromdurchflossenen Leiter entsteht ein ringförmiges Magnetfeld. Du kannst dieses Magnetfeld einer Spule verstärken durch: Überlagerung mit anderen Feldlinien (z.B. indem du den Leiter zu einer Spule formst), Verwendung von magnetisierbarem Material wie einem Eisenkern, oder Erhöhung der Stromstärke. Bei einer Spule mit Eisenkern wird das Magnetfeld besonders stark.
Merke: Magnetfeldlinien verlaufen immer vom Nord- zum Südpol. Mit der Rechte-Hand-Regel kannst du die Richtung des Magnetfelds außerhalb einer Spule bestimmen: Zeigen die Finger in Stromrichtung, zeigt der Daumen die Richtung des Magnetfelds.
Kondensatoren: Aufbau und Funktion
Ein Kondensator besteht aus zwei Leitern, die durch ein isolierendes Material (Dielektrikum) getrennt sind. Diese einfache Anordnung hat eine wichtige Funktion: Legt man eine Spannung an, sammeln sich auf den Leiterflächen entgegengesetzte, betragsmäßig gleich große Ladungen an.
Die Kondensator-Formel Q = C · U beschreibt diesen Zusammenhang: Die gespeicherte Ladungsmenge Q ist proportional zur angelegten Spannung U. Der Proportionalitätsfaktor C ist die Kapazität des Kondensators. Für einen Plattenkondensator gilt: C = ε₀ · A/d, wobei A die Fläche der Platten und d ihr Abstand ist.
Im elektrischen Feld eines Kondensators verlaufen die Feldlinien von der positiv zur negativ geladenen Platte. Die Spannung am Kondensator lässt sich mit U = E · d berechnen, wobei E die elektrische Feldstärke und d der Plattenabstand ist. Verringert man den Abstand, bleibt bei gleicher Ladung die Feldstärke konstant.