Wie Sie im letzten Thema gelernt haben, kann man zwischen elektrischen Ladungen eine Kraftwirkung beobachten. Auch wenn sich Ladungen in einem Magnetfeld bewegen, kann man Wechselwirkungen beobachten.
Lernen Sie folgende physikalische Zusammenhänge auswendig:
Ladungen \(q\) gewinnen beim Durchfliegen eines elektrischen Felds mit der Beschleunigungsspannung \(U_B\) die elektrische Energie:
\[ E_{el} = q \cdot U_B\]
Eine Ladung der Masse \(m\), die sich mit der Geschwindigkeit \(v\) bewegt, hat die kinetische Energie (Bewegungsenergie):
\[ E_{kin} = \tfrac{1}{2} \cdot m_e \cdot v^2\]
Auf Objekte mit der Masse \(m\), die sich mit der Bahngeschwindigkeit \(v\) auf einer Kreisbahn mit dem Radius \(r\) bewegen, wirkt die Zentripetalkraft \(F_{ZP}\), die stets senkrecht zur Bewegungsrichtung gerichtet ist. Es gilt:
\[ F_{ZP} = \frac{m_e \cdot v^2}{r}\]
Auf Elektronen mit der elektrischen Ladung \(e\), die sich mit einer Geschwindigkeit \(v\) senkrecht zum Magnetfeld der magnetischen Flussdichte \(B\) bewegen, wirkt die Lorentzkraft \(F_L\) mit dem Betrag:
\[ F_L = e \cdot v \cdot B\]
Die Richtung der Lorentzkraft bestimmt man mit der Drei-Finger-Regel der linken Hand. Sie ist stets senkrecht zur Bewegungsrichtung der Elektronen gerichtet. Damit bewegen sich Elektronen, die sich senkrecht zur Richtung eines Magnetfelds bewegen, auf einer Kreisbahn, sofern keine anderen Kräfte wirken.
Auf Elektronen, die sich in einem elektrischen Leiter mit der Stromstärke \(I\) durch ein Leiterstück der Länge \(s\) senkrecht zum Magnetfeld der magnetischen Flussdichte \(B\) bewegen, wirkt die Lorentzkraft \(F_L\) mit dem Betrag
\[ F_L = B \cdot I \cdot s\]
Die Richtung der Lorentzkraft bestimmt man mit der Drei-Finger-Regel der linken Hand:
Übertragen Sie gedanklich diese Regeln auf Rechte-Hand-Regeln für die Bewegung von positiven Ladungen im Magnetfeld.