Magnetische Felder 10 (Lenzsche Regel).

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4.10.2 Die Lenzsche Regel
Einstiegsexperiment: An einem Faden wird ein leichter elektrisch leitender Metallring aus Aluminium
(nicht ferromagnetisch) bifilar aufgehängt. Bewegt man einen Magneten durch den Ring, so wird
dieser in Bewegung versetzt ohne dass er vom Stabmagneten berührt wird.
Diese Beobachtung wäre bei einem ferromagnetischen Material wie Eisen, Kobalt oder Nickel nichts
besonderes, da derartige Stoffe von Magneten angezogen werden. Bei dem hier verwendeten
Metallring handelt es sich jedoch um einen Aluminiumring, der keine ferromagnetischen
Eigenschaften aufweist. D.h. konkret, dass dieser von einem Magneten weder angezogen noch
abgestoßen wird. Ferromagnetismus kann also als Ursache für die Bewegung des Rings
ausgeschlossen werden. Es stellt sich somit die Frage, wie diese Bewegung zustande kommt.
Die Begründung hierfür liefert das Faradaysche Induktionsgesetz. Nähert man sich mit dem
Magneten dem Ring, so verändert sich das magnetische Feld am Ort des Metallrings. Die Feldstärke
nimmt zu. Da sich hierdurch der magnetische Fluss ändert, der den Metallring durchsetzt, wird im
Metallring eine Spannung induziert. Diese treibt wiederum im Metallring einen Induktionsstrom
an. Da jedoch ein elektrischer Strom immer auch von einem eigenen magnetischen Feld umgeben ist,
entsteht auch im Inneren des Metallrings ein magnetisches Feld. Dieses ist entgegengesetzt zum Feld
des Magneten wodurch eine Abstoßung des Metallrings vom Magneten hervorgerufen wird.
Hieraus folgt die Lenzsche Regel (1834):
Die Induktionsspannung ist stets so gerichtet, dass der fließende Induktionsstrom seiner Ursache
entgegenwirkt.
Dass der Induktionsstrom für die Bewegung des Metallrings verantwortlich ist, kann man leicht
zeigen indem man den Metallring an einer Stelle aufschneidet und das Experiment erneut
durchführt.
© M. Brennscheidt
Es ist zu beobachten, dass sich ein aufgeschnittener Metallring nicht von der Stelle rührt, wenn man
den Magneten durch den Ring bewegt.
Die Ursache hierfür liegt darin, dass der Stromkreis im unterbrochenen Metallring nicht mehr
geschlossen ist. Es kann also kein Induktionsstrom mehr fließen und es baut sich kein Magnetfeld um
den Ring auf. Der aufgeschnittene Metallring wird somit nicht abgestoßen und bewegt sich folglich
nicht.
Anmerkung: Die Entstehung des Induktionsstroms in einem geschlossenen Metallring kann man sich
anschaulich auch mit Hilfe der Lorentzkraft erklären. Nähert man sich mit dem Magneten dem
Metallring, so besitzt dieser eine Geschwindigkeit . Setzt man sich nun in Gedanken auf den
Magneten, so könnte man in einem Raum ohne äußere Bezugspunkte nicht unterscheiden, ob sich
der Magnet in Richtung des Rings bewegt, oder der Metallring in Richtung Magnet. Die
Geschwindigkeit, die der Metallring bei dieser Betrachtungsweise hätte, wird Relativgeschwindigkeit
genannt und ist vom Betrag her genauso groß wie die Geschwindigkeit des Magneten.
Wenn man nun also davon ausgeht, dass sich der Kreisring bewegt, so bewegen sich auch die
Elektronen im Ring mit der Relativgeschwindigkeit . Auf bewegte Elektronen wirkt schließlich im
magnetischen Feld die Lorentzkraft , die nach der Drei-Finger-Regel einen Kreisstrom hervorruft.
© M. Brennscheidt
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