Leiterschaukel

Leiterschaukel: Aufbau und Wirkung

Die Leiterschaukel ist ein physikalisches Experiment zum Magnetfeld und zur elektromagnetischen Induktion. Sie zeigt, dass auf einen stromdurchflossenen Leiter in einem Magnetfeld eine Kraft wirkt: die Lorentzkraft.

Der Aufbau besteht aus einem Hufeisenmagneten. Zwischen seinen Polen ist ein nicht magnetisierbarer, aber elektrisch leitfähiger Stab befestigt. Der Stab ist an einen Stromkreis angeschlossen. Wird der Stromkreis geschlossen, beginnt der Stab sich zu bewegen. Das Schließen kann zum Beispiel durch das Leuchten einer Lampe oder mit einem Strommessgerät angezeigt werden.

Die Bewegungsrichtung des Stabs wird mit der Drei-Finger-Regel bestimmt. Die Ursache der Bewegung ist die Lorentzkraft.

Induktion beim Bewegen des Stabs

Wird der Stab von Hand im Magnetfeld bewegt, wirkt die Lorentzkraft auf die Elektronen im Stab. Bei geöffnetem Stromkreis sammeln sich die Elektronen anschaulich an einem Ende des Stabs. Dadurch entsteht eine Ladungstrennung.

Sie endet, wenn die magnetische Komponente der Lorentzkraft und die Coulombkraft im Gleichgewicht sind. Dann gilt:

F_L = F_C

e · v · B = e · U/l

Dabei steht e für die elektrische Ladung, v für die Geschwindigkeit des Stabs, B für die magnetische Flussdichte, U für die Spannung und l für die Länge des Leiters. Aus diesem Gleichgewicht ergibt sich das Induktionsgesetz für den bewegten Leiter.