Über die Drei-Finger-Regel und die Lorentzkraft
Da Herr Schönbohm in der letzten Unterrichtstunde verhindert war, haben wir Arbeitsblätter bekommen, die wir dann bearbeiten sollten.
Die Lernzielsetung des Arbeitsblattes war es, uns die Drei-Finger-Regel so wie die Lorentzkraft näher zu bringen.
Drei-Finger-Regel
Hierzu waren die ersten 3 Aufgaben des Arbeitsblattes!
Aber erst einmal allgemein, was ist überhaupt die Drei-Finger-Regel?
Man kann sagen, das die drei Finger, also Daumen, Zeigefinger und der Mittelfinger jeweils eine Richtung verschiedener Kräfte angeben.
Mit dieser Regel kann man erklären, wie sich Elektronen in magnetischen Feldern verhalten, wie z.B. in einem homogenen magnetischen Feld, in dem eines stromdurchflossenden Leiters oder dem Magnetfeld einer Spule.
(Physikbuch Seite 125 und 126)
Nun zu Aufgabe 1:
Wir sollten die Flugbahn eines Elektrons in zwei verschiedenen magnetischen Feldern einskizzieren.
Aber als erstes kann man sagen, dass wenn das magnetische Feld groß genug ist und die Geschwindigkeit des Elektrons klein, würde das Elektron eine Kreisbahn beschreiben.
So sollte das dann aussehen:
a)
Hierzu sollte man noch wissen, dass die Punkte in den Kreisen ein magnetisches Feld symbolisieren, welches zu der Papierebene zum Betrachter weist.
b)
Hierzu sollte man wissen, dass die Kreuze auch ein magnetisches Feld zeigt, allerdings in die Papierebene hinein zeigt, d.h. vom Betrachter wegzeigt.
Aufgabe 2:
Wir sollten das magnetische Feld in eine elektrische Spule einzeichen.
Auch hier weisen die Kreuze die Stromrichtung in die Blattebene ein und die Punkte weisen die Stromrichtung aus die Blattebene hinaus.
Die Skizze soll eine „längs durchgeschnittene“ Spule andeuten.
Aufgabe 3:
Wie verläuft die Bahn eines geladenen Teilchens in einem homogenen Magnetfeld,
wenn seine Geschwindigkeit nicht senkrecht zum Magnetfeld gerichtet ist?
Lorentzkraft
Das ist die Kraft die auf einen Magnetfeld ausgeübt wird,
wenn sich geladene Teilchen senkrecht zu den magnetischen Feldlinien bewegen. Sie wirkt auf einen einzelnen bewegten Ladungsträger.
(Physikbuch Seite127)
Jetzt zu Aufgabe 4:
Wir sollten erklären, wie in Beschleunigeranlagen (Physikbuch Seite 137) die Lorentzkraft genutzt wird!
Indem die Lorentzkraft stets senkrecht zur momentanen Bewegungsrichtung eines geladenen Teilchens wirkt, kann sie das Teilchen auf eine gekrümmte Bahn lenken, damit entweder das Teilchen ein bestimmtes Ziel trifft oder auf einer geschlossenen Bahnkurve Beschleunigungsstrecken wiederholt durchfliegt. Beschleunigen können dabei nur elektrische Felder, magnetische Felder können nur ablenken.
Aufgabe 5:
Eine Kugel mit der Ladung q = -2nC fliegt in einem waagerecht nach Süden gerichteten Magnetfeld der Stärke B = 500mT mit der Geschwindigkeit v = 300m/s in westliche Richtung. Ermitteln Sie Betrag und Richtung der magnetischen Kraft auf die Kugel.
Nach der Drei-Finger-Regel, Daumen wegen der negativen Ladung nach Osten, Zeigefinger nach Süden, gibt der Mittelfinger die Kraftrichtung nach unten an.
F = e*v*B = 2*10-9C * 300m/s * 0,5 T = 3*10-7 N = 300 nN
Aufgabe 6
Wir sollten den Betrag und die Richtung des magnetfeldes eines Protons , das sich mit einer Geschwindigkeit von 5,0 * 106 m/s durch ein Magnetfeld vertikal nach oben bewegt. Es erfährt eine Kraft von 8,0 * 10-14 N in Richtung Westen. Wenn es sich horizontal in nördliche Richtung bewegt, erfährt es keine Kraft.(Die Ladung des Protons ist q = e+ = 1,6*10-19 C.)
Da das Proton keine Kraft erfährt, wenn es sich nach Norden bewegt, muss das Feld in Nord-Süd-Richtung verlaufen. Damit eine Kraft in Richtung Westen auf das sich nach oben bewegende Teilchen wirkt, muss B nach Norden zeigen.
Der Betrag von B für φ=90° ist
Hier ist der Aufgabenzettel einmal ohne und mit den Lösungen:
AB magnetische Felder
AB magnetische Felder Löser
Erstellt von Anna B. und Viktoria S.
Physik in Klasse 12 
