Versuchsaufbau
Du benötigst einen Stromkreis aus einem kurzschlussfesten Gleichstromnetzgerät (alternativ eine Batterie) und einem dicken, gerader Leiter. Den geraden Leiter platzierst du parallel zum Erdmagnetfeld, also in Nord-Süd-Richtung.Oberhalb (oder unterhalb) des geraden Leiters platzierst du eine einfache Magnetnadel. Die Magnetnadel richtet sich zu Beginn, wenn noch kein Strom durch den Leiter fließt, im Erdmagnetfeld aus, zeigt also genau in Richtung des langen, geraden Leiters.
Hinweis: Bei diesem Versuchsaufbau muss das Netzgerät kurzschlussfest sein! Alternativ kannst du auch eine Glühlampe (6V/5A) als Stromindikator und zur Vermeidung eines Kurzschlusses in den Stromkreis einbauen.
Versuchsdurchführung
Du schließt den Stromkreis und erhöhst langsam den durch den geraden Leiter fließenden Strom. Dabei beobachtest du das Verhalten der Magnetnadel. Nach erreichen der maximalen Stromstärke reduzierst du den Strom wieder bis auf Null.
Anschließend änderst du die Stromrichtung durch Umpolen und wiederholst den Versuch. Hierbei beobachtest du ebenfalls wieder das Verhalten der Magnetnadel in der Nähe des Leiters.
Versuchsdurchführung im Video
Beobachtung
Fließt durch den Leiter ein elektrischer Strom, so ändert die Magnetnadel wie in Abb. 3 ihre Richtung und schlägt aus. Je größer der Stromfluss durch den Leiter ist, desto größer wird auch der Ausschlag der Magnetnadel im Vergleich zur Ausgangsposition. Nach dem Abschalten des Stroms kehrt die Magnetnadel wieder in ihre Ausgangsposition zurück.
Ein Umpolen des Versuchs, also eine Umkehr der Stromrichtung führt dazu, dass die Magnetnadel nun in die entgegengesetzte Richtung ausschlägt.
Versuchsauswertung
- Der elektrische Strom hat eine magnetische Wirkung, die dafür sorgt, dass die Magnetnadel ausschlägt. Man sagt, um den stromdurchflossenen Leiter entsteht ein Magnetfeld.
- Da der Ausschlag der Magnetnadel mit steigendem Stromfluss zunimmt, muss die magnetische Wirkung bzw. das Magnetfeld um so stärker werden, je größer der Stromfluss durch den Leiter wird.
- Da die Richtung des Ausschlages der Magnetnadel von der Polung des Versuchs, also der Richtung des Stromflusses abhängt, muss die Richtung des Magnetfelds um den Leiter ebenfalls von der Richtung des Stromflusses abhängen.
Einfluss von Stromrichtung und Position der Magnetnadel
In der Animation in Abb. 4 hast du zunächst die Wahl, ob der Strom im Testleiter aus der Papierebene heraus oder in die Papierebene hinein fließen soll. Anschließend kannst du noch auswählen, ob sich die Nadel oberhalb oder unterhalb des Testleiters befindet.
Beobachte jeweils die Auswirkungen auf die Auslenkung der Magnetnadel.
Ein Video der entsprechenden Versuchsdurchführung samt Erklärung findest du hier.
Entdeckung der magnetischen Wirkung durch ØRSTED
Bis zur Entdeckung von Hans Christian ØRSTED waren der Magnetismus und die Elektrizität zwei scheinbar voneinander völlig unabhängige Wissensgebiete. Im Jahre 1820 beobachtete ØRSTED die Ablenkung einer Kompassnadel als Strom durch einen Draht floss, der parallel zur Kompassnadel verlief (ØRSTED kannte den Begriff "Strom" noch nicht, er sprach von einem "elektrischen Conflict").
Die Entdeckung einer grundsätzlichen Verknüpfung zwischen Elektrizität und Magnetismus schlug bei der damaligen wissenschaftlichen Welt wie eine Bombe ein und führte zu hektischen Untersuchungen durch andere Forscher wie z.B. Ampère. Nach all dem wurde klar, dass der durch Strom erzeugte Magnetismus eine Kraft bewirkt. Kräfte können Bewegung erzeugen. Man vermutete deshalb auch, dass umgekehrt eine Bewegung zur Stromerzeugung führen könnte.
Es wird oft behauptet, dass ØRSTED seine Entdeckung rein zufällig machte. Dies ist aber ein Missverständnis: ØRSTED hat bei SCHELLING Naturphilosophie studiert und war voll und ganz davon überzeugt, dass die Natur systematisch aufgebaut ist und hinter allem eine Einheitlichkeit steckt. (Er sah in der Beschäftigung mit der Wissenschaft eine Religion). Die Tatsache, dass er nach einer Verbindung von Elektrizität und Magnetismus suchte, entstammte seiner primären philosophischen Überzeugung, dass es eine solche gab. Man kann auch sagen, dass nur einer, der die prinzipielle Verbindung von Elektrizität und Magnetismus sucht, bei der Ablenkung einer Kompassnadel in der Nähe eines stromführenden Leiters, erkennt dass dies auf dem Strom zurückzuführen ist.