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Drei-Finger-Regel

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Physik

Leiterstäbe, die sich in einem Magnetfeld plötzlich wie von Geisterhand in eine Richtung bewegen? Klingt nach Magie, ist aber reine Physik: Es handelt sich hierbei um die Lorentzkraft, die auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld wirkt. Erklären kannst du das ganz einfach mit der sogenannten Drei-Finger-Regel!



Wie du die Richtung der Lorentzkraft mit Hilfe der Drei-Finger-Regel einfach bestimmen kannst und das ganz ohne Hokuspokus, erfährst du in diesem Artikel. Bevor wir damit loslegen, ruf dir nochmal kurz die wichtigsten Begriffe ins Gedächtnis, die du für das Anwenden der Drei-Finger-Regel unbedingt benötigst!



Ein Video zu diesem Artikel findest du am Ende des Artikels!


Die Drei-Finger-Regel in der Physik – Die Basics zuerst!


Sobald Strom und Magnetfelder in der Physik ins Spiel kommen, gibt es zwei grundlegende Fragen, die wirklich wichtig sind! Vor allem, wenn es darum geht, die physikalischen Zusammenhänge und das Anwenden der Drei-Finger-Regel zu verstehen!


  • In welche Richtung fließt Strom überhaupt?
  • Was versteht man unter homogenen Magnetfeldern?


Bevor die Anwendung der Drei-Finger-Regel im Fokus steht, verinnerliche dir nochmal diese beiden Kernfragen und starte danach direkt ins Thema!


Technische vs. physikalische Fließrichtung des Stroms


Im Teilgebiet der Elektrizitätslehre ist es wichtig zu verstehen, in welche Richtung der Strom in einem Stromkreis überhaupt fließt. Folgendes Beispiel dient zur Veranschaulichung.


Du möchtest eine Glühbirne zum Leuchten bringen. Was benötigst du dafür? 


Natürlich zunächst einmal die Glühbirne. Diese musst du nun mit einer elektrischen Quelle verbinden, um einen geschlossenen Stromkreis zu erzeugen. Das könnte dann wie in der folgenden Abbildung 1 aussehen.


Kräfte auf stromdurchflossene leiter Stromkreis mit Glühbirne StudySmarter

Abbildung 1: Stromkreis mit Glühbirne



Wird die Glühbirne an die Batterie angeschlossen, so "fließt" Strom und die Glühbirne leuchtet. Kurz gesagt, werden dabei die Elektronen mit ihrer negativen Ladung an den Pluspol gezogen


In diesem Beispiel ergibt sich damit eine Flussrichtung der Elektronen vom Minuspol zum Pluspol. Diese Stromrichtung wird deshalb als Elektronenflussrichtung oder physikalische Stromrichtung definiert.


Als die Elektrizität entdeckt wurde, war die Existenz von Elektronen allerdings noch unbekannt. Wissenschaftler gingen davon aus, dass die Richtung des Stroms vom Pluspol zum Minuspol fließt. Diese Stromrichtung wird als technische Stromrichtung bezeichnet.  Du findest sie auch als historische Stromrichtung in Fachbüchern.


Trotz des heutigen Kenntnisstands hat sich die technische Stromrichtung in der Physik durchgesetzt und wird auch bei dir in der Schule als Standard gesetzt.  


In der folgenden Definition findest du beide Stromrichtungen noch einmal im Vergleich.


Die Stromrichtungen in einem elektrischen Stromkreis können definiert werden als:


  • technische (historische) Stromrichtung (von + zu -)
  • physikalische Stromrichtung (von - zu +)


Kräfte auf stromdurchflossene Leiter technische vs. physikalische Stromrichtung StudySmarter

Abbildung 2: Technische vs. physikalische Stromrichtung



Denk daran: Beide Stromrichtungen haben ihre Berechtigung in der Physik. Meist wird jedoch die technische Stromrichtung (+ zu -) als Standard gesetzt und auch bei dir in der Schule hauptsächlich verwendet.


Nice! Teil 1 des Grundwissens zum Thema Kräfte auf stromdurchflossene Leiter ist jetzt aufgefrischt! Nun weißt du, wie Stromrichtungen in der Physik definiert werden und was unter einem Stromfluss zu verstehen ist!


Jetzt kannst du dein Wissen über homogene Magnetfelder auffrischen. Damit hast du dann auch den zweiten Teil der Basics wiederholt und bist danach bestens ausgestattet, um die Drei-Finger-Regel zu verstehen!


Was sind homogene Magnetfelder?


Magnete weisen verschiedene Eigenschaften auf. Das wichtigste Charakteristikum ist dabei, dass sie ein magnetisches Feld in ihrer Umgebung erzeugen. Dieses Magnetfeld kann über das Feldlinienmodell beschrieben werden und gibt Aufschluss darüber, wie sich andere Magnete in der Nähe verhalten.


Als homogen bezeichnest du ein Magnetfeld, das an jedem Punkt die gleiche Richtung und Stärke aufweist. Im Magnetfeldlinienmodell erkennst du homogene Magnetfelder an parallelen Pfeilen, die die gleiche Richtung haben und in einheitlichen Abständen zueinander stehen. 


Ein inhomogenes Magnetfeld erkennst du demnach an gekrümmten Magnetfeldlinien.


Das kannst du übrigens mithilfe eines Versuchs selbst beobachten. Dazu benötigst du etwas Eisenspäne und verschiedene Magneten.


Zu diesem Zweck legst du verschiedene Magneten auf eine mit Eisenpulver bedeckte Unterlage. Die Späne werden sich dann exakt nach dem Magnetfeld ausrichtet. Modellhaft lassen sich dadurch die Magnetfeldlinien ableiten. 


Einen Überblick zur Ausrichtung der Eisenspäne im Magnetfeld eines Stabmagneten und eines Hufeisenmagnets kannst du dir in der folgenden Tabelle nochmal anschauen.


Zur Erinnerung: Magnetfeldlinien verlaufen immer vom Nordpol zum Südpol.


Magnetart

Ausrichtung der Eisenspäne

Magnetfeldlinien

Beschreibung

Stabmagnet

Drei-Finger-Regel Ausrichtung Eisenspäne Stabmagnet StudySmarter

Abbildung 3: Ausrichtung der Eisenspäne am Stabmagnet


Drei-Finger-Regel Magnetfeldlinien Stabmagnet StudySmarter

  Abbildung 4: Ausrichtung der Magnetfeldlinien am Stabmagnet


Die außen liegenden Magnetfeldlinien sind gekrümmt
 

Das Magnetfeld

 ist überall inhomogen.

Hufeisenmagnet

Drei-Finger-Regel Ausrichtung Eisenspäne Hufeisenmagnet StudySmarter

Abbildung 5: Eisenspäne am Hufeisenmagnet


Drei-Finger-Regel Magnetfeldlinien Hufeisenmagnet StudySmarter

 Abbildung 6: Magnetfeldlinien am Hufeisenmagnet


Die Magnetfeldlinien sind im Inneren des Hufeisenmagneten geradlinig. Außerhalb sind sie gekrümmt.


Das Magnetfeld im Inneren ist homogen.


Außerhalb liegt ein inhomogenes Magnetfeld vor.

Tabelle 2: Übersicht der Magnetfeldlinien bei Stab- und Hufeisenmagnet



Nachdem du jetzt alle Basics geklärt aufgefrischt hast, kannst du dir die Drei-Finger-Regel im Detail anschauen! Dabei hilft dir das folgende Experiment!



Experiment: Drei-Finger-Regel an einer Leiterschaukel


Um Kräfte auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld zu verstehen, bietet sich ein klassisches Experiment an: Die sogenannte Leiterschaukel.


Dafür positionierst du einen Leiter durch den ein Strom fließt (also ein stromdurchflossener Leiter) in einem homogenen Magnetfeld eines Hufeisenmagneten, lässt einfach mal den Strom fließen und beobachtest anschließend, was passiert! 


Leiterschaukel: Aufbau des Experiments 


Um die Leiterschaukel aufzubauen, benötigst du folgende Materialien:


  • Eine Spannungsquelle,
  • zwei Bananenstecker, 
  • eine Leiterschaukel mit Vorrichtung, 
  • einen Hufeisenmagnet.


Nun verbindest du die Bananenstecker mit der Spannungsquelle und setzt die Leiterschaukel so ein, dass ein geschlossener Stromkreis entsteht.


Achtung: Deine Spannungsquelle soll aktuell noch kein elektrisches Signal aussenden. Sie ist also ausgeschaltet.


Nun stellst du den Hufeisenmagneten so auf, dass sich der gerade Leiter im Bereich des homogenen Magnetfelds, also im Inneren des Magnets, befindet.


Der Versuchsaufbau sollte jetzt so aussehen, wie in der Abbildung 7 dargestellt.


Kräfte auf stromdurchflossene Leiter Versuchsaufbau Leiterschaukel StudySmarter

Abbildung 7: Versuchsaufbau zum Experiment Lauterschaukel


Die Vorbereitungen für das Experiment sind damit abgeschlossen. 

 

Im Folgenden musst du den Hufeisenmagneten in drei unterschiedliche Positionen legen und beobachten, was mit dem Leiter dann passiert.


Es geht jetzt also an die Durchführung und Beobachtung des Versuchs. Achte darauf, wie der Strom fließt, wie die Magnetfeldlinien ausgerichtet sind und was mit dem Leiter passiert. Jetzt wird es spannend!


Nicht vergessen: Wie oben bereits erwähnt, betrachtest du jetzt immer die technische Stromrichtung. 

Der Strom fließt also von + (Plus) nach - (Minus).

Kennzeichnen der Richtung physikalischer Größen


Bei der Drei-Finger-Regel ist es immer wichtig die Richtung aller wirkenden Größen zu betrachten! 


Wenn du dir die Beobachtungen aller drei Magnetpositionen im Folgenden anschaust, wird dir auffallen, dass der Strom I in den ersten beiden Versuchen durch einen Punkt gekennzeichnet ist. Das bedeutet, dass der Strom auf dich zufließt.


Es gibt da eine ganz einfache Eselsbrücke, wie du erkennen kannst, ob eine physikalische Größe auf dich zu- oder von dir wegfließt. 


Stell dir dafür einen Dartpfeil vor. Was siehst du, wenn ein Dartpfeil auf dich zufliegt? 

Richtig, du siehst einen Punkt – also die Spitze des Pfeils. 


Und was siehst du, wenn du einen Dartpfeil nach vorne auf eine Zielscheibe wirfst? Genau, du siehst auf das Ende des Dartpfeils (den sogenannten Flight). Damit kannst du dir ganz einfach merken, wie die Richtung einer Größe in einer Zeichnung dargestellt wird.


Drei-Finger-Regel Physikalische Größe aus Bildebene Eselsbrücke StudySmarter

Abbildung 8: Eselsbrücke, wenn physikalische Größen in die Bildebene oder aus der Bildebene fließen



Du kannst dir also merken:


  • Größen, die auf dich zufließen, werden mit einem Punkt gekennzeichnet!
  • Größen, die von dir wegfließen, werden mit einem Kreuz gekennzeichnet!


Durchführung und Beobachtung des Versuchs


Insgesamt führst du also drei unterschiedliche Versuche durch. Der einzige Unterschied zwischen den Experimenten ist die Ausrichtung des Hufeisenmagneten. Nachdem der Hufeisenmagnet jeweils ausgerichtet wird, kannst du den Strom fließen lassen und folgendes beobachten:


Durchführung und Beobachtung Versuch 1: Nordseite zeigt nach oben


Stelle den Hufeisenmagneten so auf, dass die Nordseite nach oben zeigt. Dann schiebst du ihn so in die Leiterschaukel, dass der Leiterstab im Bereich des homogenen Magnetfelds liegt. 

Durch das Einschalten der elektrischen Quelle kannst du nun einen Strom I fließen lassen und folgende Bewegung des Leiters beobachten:


Drei-Finger-Regel Auslenkung nach rechts Leiterschaukel StudySmarterAbbildung 9: Leiterschaukel lenkt nach rechts aus


Um diese Beobachtung etwas deutlicher zu machen, kannst du dir eine Skizze zu dieser Situation anschauen. Rechts daneben findest du eine Beschreibung zur Beobachtung.



Skizze zur BeobachtungBeschreibung

Drei-Finger-Regel Skizze Auslenkung nach rechts Leiterschaukel StudySmarter

Abbildung 10: Skizze Versuch 1



Der Leiter bewegt sich nach rechts.
Die Magnetfeldlinien und die Stromrichtung stehen 
senkrecht aufeinander.

Tabelle 3: Beobachtung und Beschreibung des 1. Versuches der Leiterschaukel


Durchführung und Beobachtung Versuch 2: Nordseite zeigt nach unten


Schalte nun den Strom ab und ändere die Position des Hufeisenmagneten so, dass jetzt die Nordseite nach unten gerichtet ist. 

Der Leiter sollte wieder im Bereich des homogenen Magnetfelds liegen. Nun kannst du die elektrische Quelle erneut anschalten, einen Strom I fließen lassen und dabei folgendes beobachten:


Drei-Finger-Regel Auslenkung nach links Leiterschaukel StudySmarterAbbildung 11: Leiterschaukel lenkt nach links aus


Genau wie beim ersten Versuch, kannst du dir auch hier wieder eine Skizze zu der Beobachtung inklusive Beschreibung anschauen.


Skizze zur BeobachtungBeschreibung

Drei-Finger-Regel Skizze Auslenkung nach links Leiterschaukel StudySmarter

Abbildung 12: Skizze Versuch 2



Der Leiter bewegt sich nach links.

Die Magnetfeldlinien und die Stromrichtung stehen senkrecht aufeinander.
Tabelle 4: Beobachtung und Beschreibung des 2. Versuchs der Leiterschaukel


Durchführung und Beobachtung Versuch 3:  Hufeisenmagnet wird gekippt


Schalte erneut die elektrische Quelle ab und ändere die Position des Hufeisenmagnets so, dass dieser jetzt flach auf der Seite liegt. 

Im Inneren des homogenen Magnetfelds soll sich wieder der Leiter befinden. Die Quelle kannst du nun erneut anschalten und einen Strom I fließen lassen. Der Versuch sieht wie folgt aus:


Drei-Finger-Regel keine Auslenkung Leiterschaukel StudySmarterAbbildung 13: Keine Auslenkung der Leiterschaukel


Skizziere hier erneut die Situation und beschreibe, was du siehst. Da der Hufeisenmagnet gedreht wurde, brauchst du eine Draufsicht als Skizze.


Skizze zur BeobachtungBeschreibung

Drei-Finger-Regel Skizze keine Auslenkung Leiterschaukel StudySmarter

Abbildung 14: Skizze Draufsicht (von oben) Versuch 3



Der Leiter bewegt sich überhaupt nicht.

Die Magnetfeldlinien und die Stromrichtung im Leiter verlaufen parallel zueinander.
Tabelle 5:  Beobachtung und Beschreibung des 3. Versuchs der Leiterschaukel 



Bei allen drei Experimenten hast du also verschiedene Beobachtungen machen können. Hier für dich noch mal eine Zusammenfassung:


Ergebnisse des Versuchs


Anscheinend bewegt sich der Leiter entweder nach rechts, nach links oder überhaupt nicht. Abhängig davon, wie Stromrichtung und Magnetfeldlinien zueinander ausgerichtet sind.


  • In den Szenarien 1 und 2 bleibt die Stromrichtung im Leiter gleich. Hier ändert sich lediglich die Richtung des homogenen Magnetfeldes, je nachdem welche Polseite oben liegt. Die Magnetfeldlinien und die Stromrichtung stehen senkrecht aufeinander. Der Leiter bewegt sich nach rechts und links.


Drei-Finger-Regel Skizze Auslenkung nach rechts und links Leiterschaukel StudySmarterAbbildung 15: Auslenkung der Leiterschaukel in den Versuchen 1 und 2


  • Beim dritten Szenario bleibt die Fließrichtung des Stroms ebenfalls gleich, aber die Ausrichtung der Magnetfeldlinien ändert sich, weil du den Hufeisenmagneten um 90° gedreht hast. Die Magnetfeldlinien und die Stromrichtung verlaufen parallel zueinander. Der Leiter bleibt in Ruhe.


Drei-Finger-Regel Skizze keine Auslenkung Leiterschaukel StudySmarterAbbildung 16: Keine Auslenkung der Leiterschaukel in Versuch 3


Unsere Hypothese


Stehen Magnetfeldlinien und Fließrichtung des Stroms senkrecht aufeinander, bewegt sich der Leiter nach rechts oder nach links. Sind Magnetfeldlinien und Fließrichtung des Stroms parallel zueinander ausgerichtet, bleibt der Leiter in Ruhe und es findet keine Auslenkung statt.


Sehen wir uns einmal an, ob wir mit unserer Vermutung richtig liegen! 



Die Lorentzkraft


Wie du bereits erahnt hast, hängt die Bewegung des Leiters nicht mit Magie zusammen, sondern mit Magnetismus. Genauer gesagt, um eine magnetische Kraft, die auf stromdurchflossene Leiter im Magnetfeld wirkt: die sogenannte Lorentzkraft.


Jede Bewegung eines Leiters im Magnetfeld erfolgt immer mithilfe der Lorentzkraft – ohne diese bleibt der Leiter in Ruhe.


Die in einem homogenen Magnetfeld wirkende Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter heißt Lorentzkraft .

Sie ist der Grund dafür, wieso sich ein Leiter im Magnetfeld bewegt.


Wie jede Kraft wird sie mit der Einheit Newton [N] angegeben.


Nun weißt du, weshalb sich ein stromdurchflossener Leiter im Magnet bewegt. Doch um die Richtung dieser Bewegung zu bestimmen, musst du nicht jedes Mal ein Experiment durchführen – verwende einfach die Drei-Finger-Regel!



Die Drei-Finger-Regel


Mithilfe der sogenannten Drei-Finger-Regel kannst du auch ohne Experiment leicht erkennen, in welche Richtung die magnetische Kraft wirkt. Damit kannst du sofort definieren, in welche Richtung sich der Leiter bewegt.


Alles, was du dazu benötigst, sind deine Hände. 


Stehen die Richtung der Magnetfeldlinien und die Stromrichtung senkrecht aufeinander, kannst du die Richtung der Lorentzkraft mit der Drei-Finger-Regel bestimmen. 


Dein Daumen, dein Zeige- und Mittelfinger sind im Winkel von 90° gespreizt. Die Finger zeigen dir jeweils die Richtungen der drei Größen an:


  • Dein Daumen zeigt die technische Stromrichtung des Stroms I an.
  • Dein Zeigefinger gibt die Richtung der Magnetfeldlinien des Magnetfelds B an.
  • Dein Mittelfinger zeigt dir, in welche Richtung die Lorentzkraft   wirkt.


Drei-Finger-Regel Die Drei-Finger-Regel an der rechten Hand StudySmarterAbbildung 17: Bedeutung der Finger bei der Drei-Finger-Regel




Durch die Richtung der Lorentzkraft  kannst du damit einfach erkennen, in welche Richtung sich der Leiter bewegt.


Die Drei-Finger-Regel kann man auch als UVW-Regel bezeichnen. Diese steht für Ursache (Stromrichtung), Vermittlung (Magnetfeldlinien) und Wirkung (Lorentzkraft).


Hast du dich gefragt, wieso hierfür ausgerechnet die rechte Hand verwendet wird? Würde es nicht auch mit der linken Hand funktionieren? Theoretisch schon, doch wenn du es ausprobierst, wirst du feststellen, dass die Lorentzkraft dann in die genau entgegengesetzte Richtung zeigt.


Durch die Rechte-Hand-Regel ist eindeutig definiert, dass die technische Stromrichtung des Stroms I angewendet wird. 


Möchtest du die linke Hand verwenden, so muss der Daumen entlang der physikalischen Stromrichtung zeigen.


Mit Hilfe der Drei-Finger-Regel kannst du also sofort die Richtung der Lorentzkraft   herausfinden, wenn du die Richtung der Magnetfeldlinien und die technische Stromrichtung kennst. So bestimmt du auch ohne aufwendige Versuche die korrekte Bewegungsrichtung des Leiters. Nun kannst du das Ergebnis deines Experiments mit der Drei-Finger-Regel überprüfen.


Aufgabe 

Nutze die Drei-Finger-Regel, um die Beobachtungen aus dem Experiment nachzuweisen!


Drei-Finger-Regel Aufgabe StudySmarterAbbildung 18: Aufgabe zur Drei-Finger-Regel

Lösung


Denk daran: 


  • Dein Daumen zeigt die technische Stromrichtung an.
  • Dein Zeigefinger gibt die Richtung der Magnetfeldlinien an.
  • Dein Mittelfinger zeigt dir, in welche Richtung die Lorentzkraft  wirkt.


Daraus ergibt sich:


Drei-Finger-Regel Aufgabe und Lösung StudySmarterAbbildung 19: Lösung zur Drei-Finger-Regel


Bei den ersten beiden Szenarien kannst du problemlos die Drei-Finger-Regel anwenden, um die Verschiebung des Leiters zu identifizieren, weil Stromrichtung und Richtung des Magnetfeldes senkrecht aufeinander stehen.


Beim dritten Versuch bleibt der Leiter ja in Ruhe, weshalb du hier gar keine Drei-Finger-Regel anwenden kannst. 


Unsere Hypothese war also korrekt! 


Jetzt weißt du bereits, wie du die Richtung der Lorentzkraft mithilfe deiner rechten Hand bestimmen kannst. Damit weißt du allerdings noch nicht, wie groß die Kraft tatsächlich ist. Wie genau berechnet man also diese Kraft?



Berechnung der Lorentzkraft auf einen Leiter


Je nachdem, wie ein Leiter der Länge L in einem Magnetfeld B positioniert ist und in welche Richtung der Strom I fließt, ändert sich die auf den Leiter wirkende Lorentzkraft . Diese verschiedenen Größen hängen demnach eng miteinander zusammen. Das konnte bereits anhand des Experiments bestätigt werden.


Für die Berechnung der Lorentzkraft  werden drei verschiedene Fälle unterschieden:


  • Magnetfeldlinien und Stromrichtung sind senkrecht zueinander ().
  • Magnetfeldlinien und Stromrichtung sind parallel zueinander ().
  • Magnetfeldlinien und Stromrichtung stehen in einem Winkel zueinander ().


Magnetfeldlinien und Stromrichtung stehen senkrecht aufeinander


Für jeden der drei Fälle unterscheidet sich die Kraft auf den stromdurchflossenen Leiter. Beginne mit dem Fall, den du soeben anhand der Drei-Finger-Regel gelernt hast: Magnetfeldlinien und die Stromrichtung stehen senkrecht aufeinander. 


Stehen die Magnetfeldlinien und Stromrichtung in einem rechten Winkel (senkrecht) zueinander, so ergibt sich folgende Definition für die Lorentzkraft:


Drei-Finger-Regel Formel Lorentzkraft Magnetfeld- und Stromrichtung senkrecht aufeinander StudySmarter



  • Lorentzkraft in [N]
  • Strom I in [A]
  • Länge L in [m]
  • Magnetfeld B in [T]


Die Kraftwirkung der Lorentzkraft ist in diesem Fall maximal.


In diesem Fall kannst du problemlos die Drei-Finger-Regel anwenden.


Magnetfeldlinien und Stromrichtung verlaufen parallel zueinander


Im Versuch hast du bereits gesehen, dass sich der Leiter in diesem Fall überhaupt nicht bewegt, sondern in seiner Position verharrt. Dies bedeutet, dass hier überhaupt keine Lorentzkraft wirkt. Es gilt also:


Verlaufen Magnetfeldlinien und Stromrichtung parallel zueinander, wirkt überhaupt keine Lorentzkraft   und es gilt:


Drei-Finger-Regel Formel Lorentzkraft Magnetfeld- und Stromrichtung senkrecht parallel zueinander StudySmarter 


mit Lorentzkraft  in [N].


Die Kraftwirkung der Lorentzkraft ist in diesem Fall minimal


Die Drei-Finger-Regel bringt in diesem Fall nichts. Klar, es liegt ja auch keine Lorentzkraft vor und der Leiter bewegt sich auch nicht.


Damit hast du genau die zwei Fälle betrachtet, bei denen die Lorentzkraft entweder minimal (0 N) oder maximal wird.


Natürlich gibt es auch noch etwas dazwischen. Diese Werte lassen sich berechnen, wenn die Magnetfeldlinien und die Stromrichtung in einem beliebigen Winkel zueinander stehen, also schräg verlaufen. Das ist aber etwas komplizierter.


Neugierig wie die Berechnung für verschiedenen Winkel funktioniert? Dann sieh dir unsere Vertiefung an. 


Magnetfeldlinien und Stromrichtung stehen schräg aufeinander


Die Lorentzkraft  hängt  hier genauso von dem Strom I, der Leiterlänge L und dem Magnetfeld B ab. Hinzu kommt aber ein Winkel .




Stehen die Magnetfeldlinien des Magnetfelds B und die Stromrichtung des Stroms I schräg aufeinander, gilt für die Lorentzkraft:

Drei-Finger-Regel Formel Lorentzkraft Magnetfeld- und Stromrichtung schräg StudySmarter


Drei-Finger-Regel Magnetfeldlinien treffen schräg auf einen Leiter StudySmarter

Abbildung 20: Magnetfeldlinien treffen schräg auf einen Leiter




mit


  • Lorentzkraft in [N]
  • Strom I in [A]
  • Länge L in [m]
  • Magnetfeld B in [T]
  • Winkel  in [°]


Und wie würde das Ganze beim Versuchsaufbau aussehen? Sieh dir dazu doch das nächste Bild an!


Drei-Finger-Regel Magnetfeld- und Stromrichtung schräg StudySmarterAbbildung 21: Magnetfeld- und Stromrichtung schräg  



Für  und  ergeben sich genau die beiden vorher diskutierte Fälle.


Magnetfeld und Stromrichtung
Winkel Lorentzkraft
senkrecht
parallelN



 


 Drei-Finger-Regel - Das Wichtigste



  • Die Stromrichtungen in einem Stromkreis können definiert werden als:
    • technische (historische) Stromrichtung (von + nach -),
    • physikalische Stromrichtung (von - nach +).
  • Im Inneren eines Hufeisenmagneten liegt ein homogenes Magnetfeld vor.
  • Die in einem homogenen Magnetfeld wirkende Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter heißt Lorentzkraft . Sie ist der Grund dafür, wieso sich ein Leiter im Magnetfeld bewegt.
  • Mithilfe der Drei-Finger-Regel (Rechte-Hand-Regel) lässt sich die Bewegungsrichtung des Leiters bestimmen:
    • Daumen: Technische Stromrichtung des Stroms I,
    • Zeigefinger: Richtung der Magnetfeldlinien des Magnetfelds B,
    • Mittelfinger: Richtung der Lorentzkraft.

Position B zu IBewegung des LeitersLorentzkraft Anwendung
Drei-Finger-Regel

Drei-Finger-Regel Auslenkung nach rechts und nach links Leiterschaukel StudySmarter

Senkrecht

nach rechts/linksmöglich

Drei-Finger-Regel Skizze keine Auslenkung Leiterschaukel StudySmarter

Parallel

keine Bewegungnicht möglich

Drei-Finger-Regel Magnetfeld- und Stromrichtung schräg StudySmarter

Schräg

anteilige Bewegungnicht möglich

Häufig gestellte Fragen zum Thema Drei-Finger-Regel

Befindet sich ein stromdurchflossener Leiter im Magnetfeld, wirkt die sogenannte Lorentzkraft auf diesen Leiter. 

Aber Vorsicht: Es kommt darauf an, wie sich der Leiter im Magnetfeld befindet.


  • Stehen Magnetfeldlinien- und Stromrichtung senkrecht aufeinander, ist die Kraftwirkung der Lorentzkraft maximal.
  • Verlaufen Magnetfeld und Strom parallel zueinander, wirkt keine Lorentzkraft.

Fließen Ladungsträger vom Pluspol zum Minuspol, gilt die Rechte-Hand-Regel.


Wenn Ladungsträger vom Minuspol zum Pluspol fließen, musst du die Linke-Hand-Regel anwenden.

Die Finger der Drei-Finger-Regel zeigen dir jeweils die Richtungen der drei Größen an:


  • Dein Daumen zeigt die technische Stromrichtung des Stroms I an.
  • Dein Zeigefinger gibt die Richtung der Magnetfeldlinien des Magnetfelds B an.
  • Dein Mittelfinger zeigt dir, in welche Richtung die Lorentzkraft wirkt.

Finales Drei-Finger-Regel Quiz

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Wann benutzt du die rechte Hand bei der Drei-Finger-Regel?

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Antwort

Fließen Ladungsträger vom Pluspol zum Minuspol (technische Stromrichtung), benutzt du die rechte Hand bei der Drei-Finger-Regel!

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