In einem zylindrischen Glastrog, der mit einer wässrigen Salzlösung gefüllt ist, taucht axial eine stabförmige und am Rand eine ringförmige Elektrode ein. Die Elektroden sind gemäß nebenstehender Abbildung an eine Batterie angeschlossen.
a)Fertigen Sie eine Zeichnung in Draufsicht an, in der Sie die Richtung des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden und die Richtungen der Kräfte auf Ionen beiderlei Vorzeichens deutlich machen. (4 BE)
Nun wird die Anordnung in ein homogenes Magnetfeld gebracht, dessen Feldlinien den Trog von unten nach oben in axialer Richtung durchsetzen. Man beobachtet das Einsetzen einer zirkularen Strömung in der Flüssigkeit zwischen den beiden Elektroden.
b)Machen Sie das Zustandekommen der Strömung verständlich, indem Sie darstellen, welchen Einfluss das Magnetfeld auf die Ionenbewegung ausübt. Zeichnen Sie in die unter Teilaufgabe 1a) begonnene Skizze die Richtungen der magnetischen Kräfte ein. (6 BE)
Hinweis: Bei dieser Lösung von LEIFIphysik handelt es sich nicht um den amtlichen Lösungsvorschlag des bayr. Kultusministeriums.
a)Fel: Kraft auf die Ionen aufgrund des elektrischen Feldes zwischen den Elektroden.
Die großen roten Pfeile geben die Richtung des elektrischen Feldes an.
b)Aufgrund der elektrischen Kraft kommt es zu einer Bewegung der Ionen.
Bewegte geladene Teilchen, die sich senkrecht zu den Feldlinien des Magnetfeldes bewegen (Magnetfeldrichtung aus der Papierebene) erfahren eine Lorentzkraft Flor. Die Lorentzkraft bewirkt eine seitliche Ablenkung der Ionen. Es kommt zu einer zirkularen Strömung im Trog, wobei die positiven und die negativen Ionen im gleichen Drehsinn zirkulieren.
