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Aufgabe

Rotierende Schleife

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

In der folgenden Bilderserie ist die Rotation einer Leiterschleife im Magnetfeld von oben und von der Seite dargestellt. Du sollst die Zeigerstellung beim angedeuteten Messgerät einzeichnen. Dabei gelten folgende Vereinbarungen:

Gib an, wie die Zeigerstellungen in den sechs Bildern sind und begründe jeweils Richtung und Stärke der gewählten Zeigerstellung.

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In der Leiterschleife werden negative Ladungen (blaue Punkte) mitbewegt. Auf bewegte Ladungen wirkt im Magnetfeld die LORENTZ-Kraft (sofern sich die Ladungen nicht parallel zu den Feldlinien bewegen). Für die Größe der LORENTZ-Kraft ist die Geschwindigkeitskomponente senkrecht zu den Feldlinien entscheidend (kleine schwarze Pfeile).

Bild 1: Es gibt keine Geschwindigkeitskomponente senkrecht zum Magnetfeld. Daher tritt keine LORENTZ-Kraft auf und es kommt zu keiner Ladungstrennung in der Schleife. Folglich ist die Spannung Null.

Bild 2: Es existiert eine Geschwindigkeitskomponente senkrecht zum Magnetfeld. Daher tritt eine LORENTZ-Kraft auf, deren Richtung man für negative Ladungen mit den Linke-Hand-Regel (UVW-Regel) bestimmen kann. Es kommt zur Ladungstrennung in der Schleife. Im rechten Leiterstück ist der Minuspol vorne und somit das Messgerät auf der linken Seite negativ. Dies führt nach den obigen Vereinbarungen zu einem Ausschlag nach rechts.

Bild 3: Erklärung wie bei Bild 2. Da jedoch die Geschwindigkeitskomponente senkrecht zum Magnetfeld größer ist, wird auch die vom Messgerät registrierte Spannung größer.

Bild 4: Erklärung wie bei Bild 2.

Bild 5: Erklärung wie bei Bild 1.

Bild 6: Wie in Bild 2 ist beim rechten Leiterstück der Minuspol vorne. Jetzt ist aber der rechte Leiter mit der rechten Seite des Messgerätes verbunden, so dass es zu einem Zeigerausschlag nach links kommt.