Demonstration mittels Ørsted-Versuch
Die magnetische Wirkung eines stromdurchflossenen Leiters und die Struktur des Magnetfeldes und den Leiter kann mit verschiedenen Versuchen gezeigt werden. Der historisch bedeutsame Ørsted-Versuch gibt bereits deutliche Hinweise hierauf.
An ein kurzschlussfestes Netzgerät, welches einen hohen Gleichstrom (\(I\geq 5\,\rm{A}\)) liefert, schließt du einen langen, geraden Leiter an. Dazu positionierst du oberhalb und unterhalb des geraden Leiters jeweils eine Magnetnadel. Zu Beginn ist der gesamte Versuchsaufbau so ausgerichtet, dass die Magnetnadeln parallel zum Leiter verlaufen. Das Erdmagnetfeld verläuft entsprechend parallel zum Leiter.
Nun schaltest du das Netzgerät ein und sorgst so für einen hohen Stromfluss durch den Leiter. Dabei beobachtest du das Verhalten der beiden Magnetnadeln.
Versuchsdurchführung und Auswertung im Video
Versuchsauswertung
Im Versuch werden beide Magnetnadeln ausgelenkt bis sie senkrecht zum Leiter stehen. Jedoch drehen sich dabei die beiden Magnetnadeln oberhalb und unterhalb des Leiters in entgegengesetzte Richtungen.
Dies lässt auf ein kreisförmiges Magnetfeld um den geraden Leiter herum schließen. Bei einem kreisförmigen Magnetfeld um den Leiter verlaufen die Magnetfeldlinien oberhalb und unterhalb des Leiters gerade auch in entgegengesetzte Richtungen, sorgen also für entgegengesetzte Kraftwirkungen auf die Magnetnadeln, die sich daher in entgegengesetzte Richtungen drehen.
Die Richtung des Magnetfeldes wird dabei von der Richtung des Stromflusses durch den Leiter bestimmt. Du ermittelst die Magnetfeldrichtung mit der "Rechte-Faust-Regel".
Hinweis: Natürlich kannst du die Magnetfeldrichtung auch mit der "Linken-Faust-Regel" bestimmen (Daumen der linken Hand in Richtung der Elektronenbewegung). Ein passendes Versuchsvideo dazu findest du hier.
Alternativer Versuchsaufbau
Besonders deutlich wird die kreisförmige Struktur des Magnetfeldes um den Leiter im in Abb. 4 dargestellten Versuchsaufbau. Ein gerade Leiter verläuft senkrecht durch eine Glasplatte. Auf der Glasplatte und um den Leiter herum positionierst du mehrere Magnetnadeln. Die Magnetnadeln richten sich zunächst alle entsprechend dem Erdmagnetfeld parallel zueinander aus.
Nun lässt du Strom durch den Leiter fließen. Die Magnetnadeln formen einen Kreis um den stromdurchflossenen Leiter - das Magnetfeld verläuft also kreisförmig um den Leiter.
Polst du den Stromfluss durch den Leiter um, so richten sich die Magnetnadeln wiederum kreisförmig aus, aber diesmal genau entgegengesetzt. Die Richtung des Magnetfeldes hängt also von der Richtung des Stromflusses durch den Leiter ab. Auch hier ergibt sich die Richtung wieder mit Hilfe der "Rechte-Faust-Regel".
Verständnisaufgabe
Im Versuchsaufbau mit geradem Leiter wird eine Magnetnadel wie in Abb. 5 gerade auf Höhe des Leiters positioniert.
Gib an, welche der folgenden Beschreibungen das Verhalten dieser Magnetnadel beim Einschalten des Stromes korrekt beschreibt.