Magnetismus und elektrische Felder
Der Ørsted-Versuch demonstriert die grundlegende Beziehung zwischen Elektrizität und Magnetismus. Wenn Strom durch einen Leiter fließt, entsteht ein Magnetfeld um diesen herum. Die Stärke dieses Magnetfelds hängt direkt von der Stromstärke ab - je größer der Stromfluss, desto stärker das resultierende Magnetfeld.
Highlight: Die Richtung des Magnetfelds ändert sich, wenn die Stromrichtung umgepolt wird.
Ohne elektrischen Strom zeigt eine Magnetnadel aufgrund des Erdmagnetfelds nach Norden. Sobald jedoch Strom fließt, richtet sich die Nadel entlang des vom Strom erzeugten Magnetfelds aus.
Feldlinienbilder werden verwendet, um magnetische und elektrische Felder zu visualisieren:
Definition: Magnetische Feldlinien verlaufen vom Nordpol zum Südpol eines Magneten.
Definition: Elektrische Feldlinien verlaufen von positiven zu negativen Ladungen.
Das Magnetfeld um einen stromdurchflossenen Leiter ist ringförmig. Es kann auf drei Arten verstärkt werden:
- Überlagerung mit anderen Feldlinien
- Verwendung stärker magnetisierbaren Materials
- Erhöhung der Stromstärke
Ein Kondensator besteht aus zwei Leitern, die durch ein isolierendes Material (Dielektrikum) getrennt sind. Bei Anlegen einer Spannung sammeln sich entgegengesetzte Ladungen auf den Leitern.
Formel: Die Ladung Q auf einem Kondensator ist proportional zur angelegten Spannung U: Q = C · U, wobei C die Kapazität des Kondensators ist.
Vocabulary: Die Kapazität C eines Kondensators gibt an, wie viel Ladung bei einer bestimmten Spannung gespeichert werden kann.
Der Aufbau des Ørsted-Versuchs umfasst typischerweise ein Netzgerät für Gleichstrom, einen dicken geraden Leiter und eine Magnetnadel. Die Beobachtung der Ausrichtung der Magnetnadel in Abhängigkeit vom Stromfluss ermöglicht Rückschlüsse auf das erzeugte Magnetfeld.
Example: Bei einem geraden Leiter bilden die Magnetfeldlinien konzentrische Kreise um den Leiter. Die Richtung des Magnetfelds kann mit der Rechte-Hand-Regel bestimmt werden.
Abschließend wird der Unterschied zwischen einem leeren und einem geladenen Plattenkondensator dargestellt. Beim geladenen Kondensator bildet sich ein elektrisches Feld zwischen den Platten aus, während beim leeren Kondensator kein Feld vorhanden ist.
