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Versuche

Kraft auf stromdurchflossene Alufolie

Ziel des Versuchs

  • Veranschaulichung der magnetischen Kraftwirkung auf einen stromdurchflossenen Leiter
  • Untersuchung der Richtung der magnetischen Kraftwirkung
  • Herleitung oder Bestätigung der Drei-Finger-Regel

Versuchsaufbau

Joachim Herz Stiftung
Abb. 1 Versuchsaufbau

Für den Versuch benötigst du ein kurzschlussfestes Gleichspannungsnetzgerät, mindestens einen Hufeisenmagneten, einen längeren Streifen Alufolie (mind. 30 cm), zwei Klebestreifen und zwei Anschlusskabel mit Krokodilklemmen.

Den Streifen Aluminiumfolie klebst du an den Enden wie in Abb. 1 auf den Tisch. Der Streifen muss dabei noch locker sein und darf ein oder zwei Wellen werfen. Die Enden der Alufolie verbindest du mit dem Netzgerät oder der Batterie 

Hinweis: Der Versuch kann mit einem 9V-Block anstatt eines Netzgerätes auch gut als einfacher Schülerversuch durchgeführt werden. Aufgrund des Kurzschlusses sollte die Betriebsdauer jedoch immer nur kurz sein.

Versuchsdurchführung

Zunächst zeigst du, dass Alufolie nicht ferromagnetisch ist und ohne Stromfluss nicht vom Magneten angezogen oder abgestoßen wird.

Dann stellst du den Hufeisenmagneten so über den Streifen Alufolie, dass die Alufolie in der Mitte zwischen den beiden Schenkeln des Magneten verläuft. Dabei zeigen die Pole des Magneten zunächst nach unten auf den Tisch. Nun schaltest du das Netzgerät ein und lässt Strom durch die Alufolie fließen.

Achtung: Die Anordnung stellt einen Kurzschluss dar. Nur kurzzeitig in Betrieb lassen!

Anschließend drehst du den Hufeisenmagneten um bzw. änderst die Richtung des Stromflusses durch die Alufolie durch Umpolen und beobachtest jeweils, wie sich die Alufolie verhält.

Beobachtung

Je nach Ausrichtung des Magneten wird die stromdurchflossene Alufolie im Zwischenraum des Magneten nach oben angehoben oder nach unten auf den Boden gedrückt. Änderst du die Richtung des Stromflusses durch die Alufolie, so ändert sich auch das Verhalten der stromdurchflossenen Alufolie.

Verläuft die technische Stromrichtung (von + nach -) von links nach rechts und zeigt das Magnetfeld des Hufeisenmagneten (vom roten Nordpol zum grünen Südpol) nach hinten in die Zeichenebene hinein, so wird die Alufolie angehoben (Bilder 2.1 und 2.3). Zeigt das Magnetfeld jedoch nach vorne aus der Zeichenebene heraus, so wird die Alufolie auf den Tisch gedrückt (Bilder 2.2 und 2.4).

Verläuft die technische Stromrichtung von rechts nach links, so verhält es sich gerade umgekehrt: Zeigt das Magnetfeld des Hufeisenmagneten nach vorne aus der Zeichenebene heraus, so wird die Alufolie angehoben (Bilder 2.6 und 2.8). Zeigt das Magnetfeld jedoch  nach hinten in die Zeichenebene hinein, so wird die Alufolie auf den Tisch gedrückt (Bilder 2.5 und 2.7).

Versuchsauswertung

Joachim Herz Stiftung
Abb. 3 Drei-Finger-Regel der rechten Hand

Fließt Strom durch die zwischen dem Hufeisenmagneten verlaufende Alufolie, so wirkt auf die Alufolie eine Kraft. Die Richtung der Kraft hängt von der Ausrichtung des Magnetfeldes und der Richtung des Stromflusses ab.

Wenn die Richtung des Stromflusses und die Richtung des Magnetfeldes senkrecht zueinander stehen, kannst du die jeweilige Kraftrichtung mithilfe der Drei-Finger-Regel der rechten Hand bestimmen (siehe Abb. 3):

  • Der Daumen der rechten Hand zeigt in die technische Stromrichtung (von + nach -).
  • Der Zeigefinger der rechten Hand zeigt in die Magnetfeldrichtung (von Nord nach Süd).
  • Der Mittelfinger der rechten Hand gibt die Kraftrichtung an.

Erweiterung des Versuchs

Mithilfe eines zweiten Hufeisenmagneten, den du ebenfalls so über den Streifen Alufolie stellst, sodass die Alufolie in der Mitte zwischen den beiden Schenkeln des Magneten verläuft, kannst du den Effekt nochmals verdeutlichen. Verlaufen beide Magnetfelder der Hufeisenmagnete in die gleiche Richtung, so ist auch die Richtung der Kraftwirkung auf die Alufolie gleichgerichtet. Verlaufen die beiden Magnetfelder jedoch in entgegengesetzte Richtungen, so ist auch die Richtung der Kraftwirkung jeweils umgekehrt (vgl. Abb. 4.1 und 4.2).

Auch hier kannst du dir die Richtung der jeweiligen Kraftwirkung mit der Drei-Finger-Regel der rechten Hand deutlich machen.