Aufg. 1 Lösung Versuch von Oersted

ForscherInnenwerkstatt Physik
Aufgabe 1
Graz, 11-2012
Ein Versuch nach Ørsted
Lösung:
Magnetfeld − Spule − Elektromagnetismus − Kompaß − Feldlinien − Magnetfeld der Erde
1. Senkrechter, gerader Draht:
Man muss die Magnetnadel nahe beim Draht halten, dort ist die Ablenkung genügend groß. Fährt man mit
dem Kompass um den Draht herum, dreht sich die Magnetnadel ebenfalls einmal herum.
Abb. 1 Versuch von Oersted
2. Ein um den Kompass gewickelter Draht:
Abb. 2
Abb. 3
Es entsteht eine Spule. Fließt elektrischer Strom durch eine Spule, entsteht ein Magnetfeld. Ist eine Spule so
wie in Abbildung 3 mit dem Plus- und Minuspol einer Spannungsquelle verbunden, ist die Richtung der
Magnetfeldlinien, sowie die Lage von Nord- und Südpol der Spule so, wie in der Abbildung angezeigt. Die
Feldlinien laufen vom Nordpol wieder zum Südpol. Vertauscht man die Pole der Spannungsquelle, kehrt
sich die Richtung der Magnetfeldlinien um und Nord- und Südpol tauschen ihre Lage. Die Kompassnadel
richtet sich so aus, daß ihr Nordpol immer in Richtung der Magnetfeldlinien zeigt. Das Magnetfeld der Spule
ist wesentlich größer als das der Erde und so richtet sich die Kompaßnadel so aus, als ob nur das Magnetfeld
der Spule vorhanden wäre.
3. Eine Spule mit Eisenkern:
Die Magnetfeldlinien liegen so wie bei 2. nur durch den Eisenkern zusätzlich verstärkt. An den Enden der
Spule (den Polen des Elektromagneten) ist das Feld besonders stark. Entfernt man sich von den Polen,
nimmt das Feld schnell ab.
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Bemerkungen
Dieses Experiment geht auf den dänischen Physiker Hans Christian Ørsted (1777-1851) zurück. Es wird
erzählt, daß Oersted zufällig auf die Beeinflussung von Magnetnadeln durch elektrischen Stromfluß gestoßen sei: Während einer Vorlesung soll er Experimente mit elektrischem Strom vorgeführt haben und auf
seinem Experimentiertisch seien zufällig ein paar Kompaßnadeln herumgelegen. Mitten im Experimentieren
bemerkte er das ungewöhnliche Verhalten der Kompaßnadeln. Daraufhin stellte er dann systematische Untersuchungen zur Beeinflussung von Magneten durch elektrische Ströme an. Nach ihm ist die Einheit der
magnetischen Feldstärke im Gaußschen Maßsystem (cgs-System) benannt: Ein Oersted (1 Oe) entspricht
1000 A
.
4π m
Entgegen der landläufigen und häufig auch in Geographiebüchern zu findenden Meinung, besitzt die Erde in
der Nähe des geographischen Nordpols zur Zeit einen magnetischen Südpol. Die genaue Lage ändert sich
mit der Zeit. In der Erdgeschichte sind sogar Umpolungen des Erdmagnetfeldes (über die Ausrichtung von
magnetischen Partikeln in Sedimentschichten) nachweisbar. Allerdings liegen zwischen diesen Umpolungen
Zeitspannen (etliche tausend Jahre), die ungleich größer denen sind, die zwischen Neuauflagen von Schulbüchern zu liegen kommen.
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