Elektrischer Strom und Magnetismus

Der Ørsted-Versuch

Dass es zwischen Elektrizität und Magnetismus eine Verbindung gibt, zeigt schon der Begriff “Elektromagnetismus“.

Diese Verbindung wurde als erstes im Jahre 1820 vom dänischen Naturforscher und Philosophen Hans Christian Ørsted entdeckt.

Der nach ihm benannte Ørsted-Versuch zeigt, dass um jeden stromdurchflossenen Leiter herum ein Magnetfeld entsteht:

Durchführung:

Ein Kabel oder Draht wird an eine Spannungsquelle angeschlossen und so gespannt, dass er parallel zum Erdmagnetfeld verläuft. Dazu wird ein Kompass dicht unter dem Kabel platziert. Die Kompassnadel richtet sich nach dem Erdmagnetfeld aus und zeigt parallel zum Leiter.

Nun wird eine Spannung angelegt, so dass Strom durch das Kabel fließt.

Beobachtung:

Die Kompassnadel schlägt aus, und zwar umso stärker, je größer die Stromstärke im Kabel ist. Bei ausreichend starkem Stromfluss steht die Magnetnadel annähernd senkrecht zum Leiter.

Stellt man den Strom ab, so geht die Kompassnadel wieder in die ursprüngliche Stellung zurück (parallel zum Leiter). Polt man die Anschlüsse um, so dass der Strom in die entgegengesetzte Richtung fließt, so schlägt die Kompassnadel wieder aus, nun jedoch auch in die entgegengesetzte Richtung.

Deutung:

Das stromdurchflossene Kabel erzeugt ein Magnetfeld um sich herum. Das lässt sich auf jedes Kabel, jeden Draht, jeden Leiter verallgemeinern.

Dabei hängt die Richtung des Magnetfeldes von der Stromrichtung ab, die Stärke des Magnetfeldes hängt von der Stromstärke ab.

Magnetfeld um einen stromdurchflossenen Leiter

Wir haben im Kapitel zu den Grunderscheinungen des Magnetismus bereits Magnetfelder mit Hilfe von Feldlinien dargestellt.

Wie sieht nun das Magnetfeld um einen stromdurchflossenen Leiter aus? Wie verlaufen die Feldlinien? Wo ist der Nord– und wo der Südpol?

Platziert man den Kompass beim oben beschriebenen Versuch nicht unterhalb des Kabels, sondern darüber, so zeigt die Kompassnadel wieder senkrecht zum Leiter, jedoch in entgegengesetzte Richtung.

Die magnetischen Feldlinien müssen also immer senkrecht zum Leiter zeigen, aber ihre Richtung umkehren. Außerdem wissen wir, dass magnetische Feldlinien immer geschlossen sind.

Diese Voraussetzung wäre erfüllt, wenn die Feldlinien kreisförmig sind um um den Leiter herumlaufen. Das ist auch tatsächlich der Fall:

Die magnetischen Feldlinien bilden geschlossene konzentrische Kreise um den Leiter herum. Der rote Pfeil zeigt die Richtung des elektrischen Stroms an.

Rechte-Faust-Regel

Die Richtung der Feldlinien lässt sich mit der sog. Rechte-Faust-Regel finden: Dazu hält man die rechte Hand so, als wenn man jemandem einen “Daumen hoch” geben möchte.

Zeigt dann der Daumen in Stromrichtung, so zeigen die gekrümmten Finger in Richtung der magnetischen Feldlinien:

Das Magnetfeld wird mit zunehmendem Abstand vom Leiter schwächer.

Befinden sich zwei stromdurchflossene Leiter nebeneinander, so ziehen sich diese an, wenn der Strom in die gleiche Richtung fließt, wenn er in entgegengesetzte Richtung fließt, stoßen sie sich ab.

Wir haben in den Erklärungen oben Begriffe, wie “stromdurchflossen“, “Leiter“, “Stromstärke” und “Spannung“, verwendet.

Dies sind Begriffe, die zum Thema “Elektrizität” gehören und im Rahmenthema “Elektrischer Stromkreis als System” erläutert werden. Falls sie Dir noch nicht geläufig sind, solltest Du mit diesem Thema fortfahren.

Dort erfährst Du zunächst, was man unter einem “Leiter” versteht, wie man einen elektrischen Stromkreis aufbaut und skizziert, was elektrischer Strom eigentlich ist, was man unter elektrischer Spannung versteht und wie man die elektrische Spannung und Stromstärke messen kann.