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Bewegte Ladung im Magnetfeld Bewegte Ladung im elektrischen Leiter:
Bewegte Ladung im Magnetfeld
Bewegungsrichtung der Teilchen
Richtung der Magnetfeldlinien
Ladungen, die durch einen Leiter fließen, erzeugen ein kreisförmiges Mafnetfeld um den Leiter herum. Diese Feldlinien lassen sich mit Hilfe der "Linken Hand Regel" darstellen.
Auf elektrische Ladung wirkt in einem Magnetfeld die Lorentzkraft. Fließt durch den Leiter ein Strom (I), wird er durch die Lorentzkraft abgelenkt und "schwenkt" aus (F). Die Auslenkung des Leiters lässt sich ebenfalls mit einer "Linken Hand" Regel darstellen. Wenn man die linke Hand wie im obigen Bild hält, Daumen in Richtung des Stromflusses und Zeigefinger in Richtung der Magnetlinien zeigt, weist der Ringfinger automatisch in die Richtung, in die der Leiter durch die Lorentzkraft abgelenkt wird. Lorentzkraft, Magnetfeld und Lorentzkraft stehen rechtwinklig zueinander.
Braunsche Röhre Eine beheizte Glühkathode sorgt dafür, dass Elektronen austreten (Glühelektrischer Effekt). Sie werden zur postiven Anode hin beschleunigt und werden durch das Loch der Anode als gebündelter Strahl geschossen. Zwei Plattenkondensatoren (vertikal und horizontal) erzeugen ein elektromagnetisches Feld, wodurch die Lorentzkraft greift und für eine Ablenkung des Teilchenstrahls sorgt. Die Röhre ist mit Wasserstoffgas gefüllt, dass durch die Elektronenstöße aktiviert wird und leuchtet. Hinter der Kathode ist die Geschwindigkeit der Elektronen konstant und die Geschwindigkeit v lässt sic,h wie im weißen Kasten dargestellt, berechnen. Die Lorentzkraft sorgt für die Ablenkung des Elektronenstrahls. In diesem Fall, also in einem homogenen Magnetfeld, gilt:
Lorentzkraft=Zentripetalkraft
Die Zentripetalkraft, ist die Kraft, die dafür sorgt, dass Teilchen entlang einer gekrümmten Bahn verlaufen. Sie richtet sich nach Innen und bedingt so im idealfall eine Kreisbahn.
Das Magnetfeld der Erde und das Polarlicht
Das Magnetfeld der Erde ist notwendig für die Existenz unseres Planeten, da es verhindert, dass geladene Teilchen aus dem All auf die Erde stürzen. Solche Teilchen werden zum Beispiel bei Sonnenwinden in den Weltraum freigesetzt. Die meisten geladenen Teilchen werden durch das Magnetfeld der Erde und die somit wirkende Lorentzkraft abgelenkt und dringen nicht sehr weit in die Erdatmosphäre ein. Doch besonders in der Nähe der Pole kann man die Teilchen sehen, dort nimm die Magnetanziehungskraft zu und die Teilchen dringen in die Gasschichten der Atmopshäre ein. So entsehen Polarlichter, denn wenn gladene Teilchen auf Gase treffen, werden die Atome dieser angeregt und dadurch wird Licht erzeugt. Je nach dem in welche Schicht der Atmosphäre ein geladenes Teilchen aus dem All eindringt, trifft es auf eine andere Art von Gas. Dies bestimmt die Farbe der Polarlichter. Grünes Licht entsteht durch Sauerstoff, der in 1 00 km Höhe angeregt wird, die häufigste Reaktion. Rotes Licht wird von Sauerstoffatomen in etwa 200 km Höhe erzeugt. Angeregter Stickstoff wird zu violettem und blauem Licht. Die verschiedenen Gase müssen Teilweise durch starke Ladung angeregt werden, damit Licht entstehen kann, deshalb kommen einige Farben seltener vor als andere.
