Oerstedsches Gesetz
Physik
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Basiswissen ·
Aussage des Oerstedschen Gesetzes ·
Linke-Faust-Regel ·
Rechte-Faust-Regel ·
Tragweite ·
Gilt auch die Umkehraussage? ·
Kann man den Effekt selbst nachstellen? ·
Gibt es das Magnetfeld wirklich? ·
Quaestiones ·
Fußnoten
Basiswissen
Ein Strom erzeugt immer ein Magnetfeld: elektrischer Strom besteht aus Ladungen, die in eine gemeinsame Richtung fließen. Ein solcher Strom umgibt sich immer mit einem Magnetfeld. Das nennt man das Oerstedsche Prinzip.[1] Den Effekt erkennt man zum Beispiel daran, dass fließender Strom Magnetnadeln ablenken kann. Das Gesetz gilt aber ganz allgemein für jede bewegte Ladung. Das ist hier näher erklärt.
Aussage des Oerstedschen Gesetzes
Ein elektrischer Strom erzeugt um sich herum immer ein Magnetfeld. Wenn man zum Beispiel einen Gleichstrom von etwa 3 Ampere durch einen geraden Draht fließen lässt, können damit gut sichtbar große Magnetnadeln abgelenkt werden. Das Gesetz geht auf das Jahr 1820 zurück. Die Verwunderung, dass es überhaupt einen Zusammenhang mit Elektrizität und Magnetismus gibt war so groß, dass es bei den ersten Vorführung des Effektes hochrangige Zeuge zur Beglaubigung anwesend sein mussten. Zum historischen Hintergrund siehe auch Oerstedscher Magnetnadelversuch ↗
Linke-Faust-Regel
Man hält den Daumen in Richtung der fließenden Elektronen, so wie sie sich vom Minuspol zum Pluspol bewegen würden: Hält man dann die restlichen Finger leicht gekrümmt, zeigen die Fingerspitzen die Richtung der Magnetfeldlinien an. Diese gehen immer von Nord nach Süd. Siehe auch Linke-Faust-Regel ↗
Rechte-Faust-Regel
Lasse den Daumen in die technische Stromrichtung zeigen: vom Plus- zum Minuspol: Halte die Finger dabei auf natürliche Weise leicht nach innen zur Handfläche hin gekrümmt. Die Finger folgen dabei in etwa der Form der gedachten Magnetfeldlinien um den Stromfluß herum. Siehe auch Rechte-Faust-Regel ↗
Tragweite
Hans Christian Oersted war ein dänischer Naturphilosoph. Im Jahr 1820 bemerkte er, dass ein stromdurchflossener Leiter eine Magnetnadel ablenken kann. Zwar wurde die Beobachtung auch schon früher gemacht, aber Oersted war es, der die Tragweite der Beobachtung erkannte: es gibt eine Verbindung zwischen elektrischen und magnetischen Phänomenen. Eine unmittelbare Folge aus Oersteds Beobachtungen war z. B. die Entwicklung von Elektromagneten sowie Theorien zur Entstehung des Erdmagnetfeldes. Siehe zum Beispiel Elektromagnet ↗
Gilt auch die Umkehraussage?
Man wusste dann also, dass elektrische Ströme Magnetfelder erzeugen oder beeinflussen können. Aber geht es auch umgekehrt? Diese Frage stellte sich sofort: können auch Magnetfelder elektrische Ströme erzeugen? Viele Jahre wurde das vergeblich versucht. Man probierte dazu auf verschiedene Weisen Magnetfelder dazu zu bringen, dass sie einen elektrischen Strom erzeugen. Das gelang aber nicht. Der Schlüssel war es dann, dass man Magnetfelder an und aus macht oder stark und schwach. Dadurch konnten plötzlich elektrische Ströme erzeugt werden. Der wesentliche Punkt ist: Ein konstantes Magnetfeld erzeugt in einem ruhenden Leiter keinen elektrischen Strom. Ein sich veränderndes Magnetfeld aber sehr wohl. Man nennt dieses Prinzip Induktion ↗
Kann man den Effekt selbst nachstellen?
Ja, es genügt ein Metalldraht und eine Spannungsquelle wie eine kleine Batterie oder ein Labornetzteil: Fließt Strom durch den Leiter kann man einen einfachen Magneten in seine Nähe bringen. Schaltet man den Strom an und aus, wird sich dadurch die Magnetnadel etwas bewegen. Eine Stromstärke von zum Beispiel 3 Ampere ist für den Effekt völlig ausreichend. Eine Schritt-für-Schritt Anleitung dazu steht unter Kiste 12 Luftspulenmagnetversuch ↗
Gibt es das Magnetfeld wirklich?
Ob es das Magnetfeld wirklich gibt, kann nicht eindeutig gesagt werden. Das Oerstedsche Gesetz gilt nicht nur für elektrische Ströme in Leitungen sondern ganz allgemein für jede elektrische Ladung: bewegt sich eine elektrische Ladung relativ zu einem Beobachter, so wird dieser Beobachter immer ein Magnetfeld um diese Ladung messen können. Auch der Umkehrschluss gilt: ist eine elektrische Ladung relativ zu einem Beobachter in Bewegung, wird der Beobachter kein Magnetfeld feststellen können, ganz gleich, wie gut er misst.
MERKSATZ:
Fliegt eine elektrische Ladung einem Beobachter vorbei, so stellt der Beobachter ein Magnetfeld fest. Bewegt sich der Beobachter dann gemeinsam mit der Ladung in dieselbe Richtung und mit derselben Geschwindigkeit, ist das Magnetfeld für ihn verschwunden.
Fliegt eine elektrische Ladung einem Beobachter vorbei, so stellt der Beobachter ein Magnetfeld fest. Bewegt sich der Beobachter dann gemeinsam mit der Ladung in dieselbe Richtung und mit derselben Geschwindigkeit, ist das Magnetfeld für ihn verschwunden.
Einstein und der modernen Physik zufolge, ist die Frage, ob es das Magnetfeld wirklich gibt oder nicht unsinnig. Die physikalischen Effekte hängen vom Bezugssystem des jeweiligen Beobachters ab.[2] Siehe mehr dazu im Artikel zur sogenannten Relativität ↗
Quaestiones
- 1) Die Driftgeschwindigkeit von Elektronen in einem Leiter liegt bei nur wenigen Zentimetern pro Sekunde. Ein Kompass, den man dann mit der Bewegungsrichtung der Elektronen in ihrer Geschwindigkeit bewegt, dürfte durch den stromdurchflossenen Leiter keine Ablenkung von magnetisch Nord zeigen. Gibt es einen einfachen Tischversuch, der das Verschwinden eines Magnetfeldes bei Mitwegung bewegter Ladungen zeigen kann?