Magnetfeld und Lorentzkraft

Magnetic Field and Lorentz Force

Physik Klasse 10 16 Aufgaben
ElektromagnetismusMagnetfeldLorentzkraftKerncurriculum

Ein Magnetfeld beschreibt den Raum um Permanentmagnet und stromdurchflossene Spule — es ist kein Stoff, der strömt, sondern eine Eigenschaft des Raums, dargestellt durch Feldlinien. Die Rechte-Faust-Regel gibt die Feldrichtung um einen Leiter, die Drei-Finger-Regel die Lorentzkraft auf bewegte Ladungen und stromdurchflossene Leiter im Feld. Diese Kraft steht senkrecht auf Strom- und Feldrichtung zugleich — sie zieht nicht „in Zugrichtung", was aller Kraft-Intuition widerspricht. Trägt Elektromotor, Induktion und die Felderphysik der Oberstufe.

Voraussetzungen (2)

Elektrischer Stromkreis – Stromstärke, Spannung, Widerstand
Klasse 8
›
Kräfte und Gleichgewicht
Klasse 8
›

Ermöglicht (3)

Die magnetische Flussdichte
Klasse 12
›
Elektromotor
Klasse 10
›
Induktion und Generator
Klasse 10
›
Leicht
Multiple Choice #1 10s â–¶ Testen

Wo treten bei einem Stabmagneten die Feldlinien aus?

  • â—Ź Am Nordpol
  • â—‹ Am SĂĽdpol
  • â—‹ An beiden Polen
  • â—‹ In der Mitte
Die magnetischen Feldlinien treten per Konvention am Nordpol aus dem Magneten aus und am SĂĽdpol wieder ein.
Wahr / Falsch #2 10s â–¶ Testen

Magnetische Feldlinien sind geschlossene Linien, die keinen Anfang und kein Ende haben.

âś“ Wahr
Richtig. Im Gegensatz zu elektrischen Feldlinien sind magnetische Feldlinien immer geschlossen — auch innerhalb des Magneten verlaufen sie vom Süd- zum Nordpol.
LĂĽckentext #3 15s â–¶ Testen

Die Rechte-Faust-Regel besagt: Zeigen die Finger der rechten Hand in Richtung des Stroms (in einer Spule), dann zeigt der ___ in Richtung des Nordpols.

âś“ Antwort: Daumen
Umfasst man eine Spule mit der rechten Hand, sodass die Finger in technische Stromrichtung zeigen, weist der Daumen zum Nordpol.
Multiple Choice #4 15s â–¶ Testen

Welche Regel wird verwendet, um die Richtung der Lorentzkraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld zu bestimmen?

  • â—‹ Linke-Hand-Regel
  • â—‹ Rechte-Faust-Regel
  • â—Ź Drei-Finger-Regel (rechte Hand)
  • â—‹ Lenz'sche Regel
Die Drei-Finger-Regel der rechten Hand: Daumen → Stromrichtung (technisch), Zeigefinger → Magnetfeldrichtung, Mittelfinger → Kraftrichtung.
Wahr / Falsch #5 10s â–¶ Testen

Die Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld steht senkrecht sowohl zur Stromrichtung als auch zur Magnetfeldrichtung.

âś“ Wahr
Richtig. Die Lorentzkraft steht senkrecht auf der Ebene, die von Strom- und Magnetfeldrichtung aufgespannt wird.
Multiple Choice #6 15s â–¶ Testen

Was zeigt das Feldlinienbild einer stromdurchflossenen Spule?

  • â—Ź Es ähnelt dem eines Stabmagneten.
  • â—‹ Es besteht aus konzentrischen Kreisen.
  • â—‹ Es gibt keine Feldlinien.
  • â—‹ Es besteht aus parallelen Geraden.
Eine stromdurchflossene Spule erzeugt ein Magnetfeld, dessen Feldlinienbild dem eines Stabmagneten gleicht — mit Nord- und Südpol.
Wahr / Falsch #7 10s â–¶ Testen

FlieĂźt kein Strom durch einen Leiter, wirkt trotzdem eine Lorentzkraft im Magnetfeld.

âś“ Falsch
Falsch. Die Lorentzkraft wirkt auf bewegte Ladungen. Ohne Strom (keine Ladungsbewegung) gibt es keine Kraft.
LĂĽckentext #8 10s â–¶ Testen

Ein Feld, dessen Feldlinien parallel und in gleichen Abständen verlaufen, nennt man ___.

âś“ Antwort: homogen
Ein homogenes Feld hat überall die gleiche Stärke und Richtung. Die Feldlinien sind parallel und gleichmäßig verteilt.
Wahr / Falsch #9 10s â–¶ Testen

Wenn man die Stromrichtung in einem Leiter umkehrt, ändert sich die Richtung der Lorentzkraft.

âś“ Wahr
Richtig. Die Lorentzkraft hängt von der Stromrichtung ab. Kehrt man den Strom um, kehrt sich auch die Kraftrichtung um.
Multiple Choice #10 10s â–¶ Testen

Wo ist ein magnetisches Feld am stärksten?

  • â—Ź Dort, wo die Feldlinien am dichtesten liegen.
  • â—‹ Dort, wo die Feldlinien am weitesten auseinander liegen.
  • â—‹ In der Mitte des Magneten.
  • â—‹ Ăśberall gleich stark.
Die Dichte der Feldlinien repräsentiert die Stärke des Magnetfeldes. Dichtere Feldlinien bedeuten ein stärkeres Feld.
Mittel
LĂĽckentext #1 15s â–¶ Testen

Das Erdmagnetfeld hat seinen magnetischen ___ in der Nähe des geographischen Nordpols.

âś“ Antwort: SĂĽdpol
Der geographische Nordpol liegt in der Nähe des magnetischen Südpols der Erde. Deshalb zeigt der Nordpol einer Kompassnadel dorthin (ungleiche Pole ziehen sich an).
Multiple Choice #2 20s â–¶ Testen

Wie kann man die Lorentzkraft auf einen Leiter im Magnetfeld vergrößern?

  • â—Ź Strom erhöhen, stärkeres Magnetfeld, Leiter verlängern
  • â—‹ Strom verringern und Leiter kĂĽrzen
  • â—‹ Das Magnetfeld abschalten
  • â—‹ Den Leiter parallel zu den Feldlinien ausrichten
Die Kraft F = B·I·l steigt mit der Stromstärke I, der magnetischen Feldstärke B und der Leiterlänge l.
Zahleneingabe #3 20s â–¶ Testen

Ein 0,2 m langer Leiter führt einen Strom von 5 A senkrecht durch ein Magnetfeld mit B = 0,3 T. Berechne die Kraft F in Newton. (F = B·I·l)

âś“ Antwort: 0.3
F = B·I·l = 0,3 · 5 · 0,2 = 0,3 N.
Multiple Choice #4 15s â–¶ Testen

In welche Richtung verläuft das Magnetfeld im Inneren einer Spule?

  • â—Ź Parallel zur Spulenachse
  • â—‹ Senkrecht zur Spulenachse
  • â—‹ Kreisförmig um die Spulenachse
  • â—‹ Es gibt kein Feld im Inneren
Im Inneren einer langen Spule ist das Magnetfeld näherungsweise homogen und verläuft parallel zur Spulenachse.
Zahleneingabe #5 20s â–¶ Testen

Ein Leiter (l = 0,5 m, I = 3 A) befindet sich in einem Magnetfeld mit B = 0,1 T. Strom und Feld stehen senkrecht zueinander. Wie groĂź ist die Lorentzkraft in mN?

âś“ Antwort: 150
F = B·I·l = 0,1 · 3 · 0,5 = 0,15 N = 150 mN.
Multiple Choice #6 15s â–¶ Testen

Was passiert, wenn ein stromdurchflossener Leiter parallel zu den magnetischen Feldlinien verläuft?

  • â—‹ Die Lorentzkraft ist maximal.
  • â—Ź Die Lorentzkraft ist null.
  • â—‹ Der Leiter wird aufgeheizt.
  • â—‹ Das Magnetfeld wird stärker.
Die Lorentzkraft ist proportional zu sin(α) zwischen Strom- und Feldrichtung. Bei paralleler Ausrichtung (α = 0°) ist F = 0.