Bestimmung der magnetischen Kraft auf ein stromdurchflossenes Leiterstück
Herrscht an einem Punkt ein magnetisches Feld mit bekannter Richtung, Orientierung und bekanntem Betrag \(B\) und befindet sich an diesem Punkt ein Leiterstück der Länge \(l\), durch das ein Strom der Stärke \(I\) fließt, dann kannst du die Richtung, die Orientierung und den Betrag der magnetischen Kraft \(\vec F_{\rm{mag}}\) auf das Leiterstück folgendermaßen bestimmen.
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Die Richtung und die Orientierung der magnetischen Kraft \(\vec F_{\rm{mag}}\) auf das Leiterstück bestimmst du mit Hilfe der Drei-Finger-Regel der rechten Hand (vgl. Abb. 1): Zeigt der
- Daumen in die elektrische Stromrichtung und der
- Zeigefinger in Magnetfeldrichtung, dann zeigt der
- Mittelfinger in Richtung der magnetischen Kraft.
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Den Betrag \(F_{\rm{mag}}\) der magnetischen Kraft auf das Leiterstück berechnest du mit der Formel\[{F_{{\rm{mag}}}} = I \cdot l \cdot B \cdot \sin \left( \varphi \right)\]Dabei ist \(\varphi\) die Weite des Winkels zwischen Daumen und Zeigefinger.
Hinweis
- Oft liegt die elektrische Stromrichtung senkrecht zu den magnetischen Feldlinien. Dann gilt \(\varphi=90^\circ\) und somit wegen \(\sin \left( 90^\circ \right)=1\)\[{F_{{\rm{mag}}}} = I \cdot l \cdot B\]
- In vielen Büchern oder auch im Internet wird die Drei-Finger-Regel oft als "UVW-Regel" bezeichnet. Dabei steht der Buchstabe "U" für "Ursache" und meint damit den Strom \(I\) als Ursache der magnetischen Kraft. Einerseits ist dies fachlich falsch, da nicht ein Strom, sondern immer zwei Ströme Ursache einer magnetischen Kraft sind. Andererseits ist diese Bezeichnung für viele Schülerinnen und Schüler verwirrend, weil sie das Magnetfeld als Ursache der magnetischen Kraft auf den Strom \(I\) sehen. Wir vermeiden deshalb die "UVW"- Bezeichnung.