Definition

Bewegte elektrische Ladung sind immer von einem Magnetfeld begleitet. Elektrischer Strom in einem elektrischen Leiter besteht aus sich bewegenden elektrischen Ladungen. Damit tritt mit elektrischem Strom unvermeidlich auch ein Magnetfeld auf. Wie stark die Wirkung des Feldes ist gibt man oft mit der magnetischen Flussdichte B an.

Richtung der Magnetfeldlinien =====

Magnetfeldlinien zeigen bei Permanentmagneten immer von Nordpol hin zum Südpol. Bei elektrischen Strömen in Leitern gibt es jedoch keine erkennbaren Magnetpole. Die Richtung der Magnetfeldlinien kann dann mit Hilfe der linken- oder der rechten-Faust-Regel bestimmt werden:

Rechte-Faust-Regel: Daumen parallel zum Leiter und vom Pluspol zum Minuspol hin zeigend. Die gekrümmten Finger der Hand zeigen dann in Richtung der Magnetfeldlinien.

Linke-Faust-Regel: Daumen parallel zum Leiter und in Richtung der fließenden Elektronen halten. Die gekrümmten Finger der Hand zeigen dann in Richtung der Magnetfeldlinien.

Beide Regeln geben immer auch dasselbe Ergebnis. Die Rechte-Faust-Regel verwendet die technische Stromrichtung, das ist die Richtung hypothetischer positiver Teilchen. Die Linke-Faust-Regel verwendet die Richtung der sich im Leiter bewegenden Elektronen. Siehe auch 👉 Rechte-Faust-Regel

Ein Leiter: B-Feld

Denkt man sich den stromdurchflossenen Leiter unendlich lang und gerade, kann man mit einer einfachen Formel den Wert der magnetischen Flussdichte B in einem Abstand r zum Leiter berechnen.

Formel

B = μ₀·I / (2·π·r)

Legende

B = die 👉 magnetische Flussdichte

μ₀ ≈ 1,25663706212 mal 10 hoch -6 N/A² 👉 magnetische Feldkonstante

I = die 👉 Stromstärke [Amperezahl]

· = das 👉 Malzeichen

/ = ein 👉 Geteiltzeichen

π ≈ 3,14 👉 Kreiszahl Pi

r = der 👉 Abstand

Die Formel wird etwas komplizierter, wenn der Leiter einen Anfang und eine Ende hat, also nicht unendlich lang gedacht wird. Auch wenn der Leiter nicht gerade verläuft, ändert sich die Formel. Für ausreichend lange Leiterstücke aber liefert die Formel ausreichend genaue Werte.

Zwei Leiter: Kraftwirkung

Lässt man zwei ausreichend lange und von Strom durchflossene Leiter parallel nebeneinander verlaufen, so ziehen sie sich an (gleiche Stromrichtung) oder sie stoßen sich gegenseitig ab (entgegengesetzte Stromrichtung). Die Stärke der Kraft kann wieder berechnet werden:

Formel

F = (µ₀/(2π) ) · (I₁·I₂)/r · l

Legende

F = Kraft (z. B. in Newton) zwischen den Leiterstücken der Länge l

µ₀ = 1,25663706212 mal 10 hoch -6 N/A², die 👉 magnetische Feldkonstante

π = gesprochen als pi, etwa 3,14, die 👉 Kreiszahl

I₁ = von einem der Leiter die 👉 Stromstärke [z. B. in Ampere]

I₂ = von dem anderen Leiter die 👉 Stromstärke [z. B. in Ampere]

r = zwischen den zwei parallelen Leiter der kürzeste 👉 Abstand

l = zum Beispiel in Metern, die betrachtete 👉 Länge

/ = normale Division, das 👉 Geteiltzeichen

Dieser formelmäßige Zusammenhang ist das sogenannte Amperesche Kraftgesetz. Ob sich die Leiter gegenseitig anziehen oder abstoßen hängt davon ab, wie zueinander die Ströme fließen. Fließen beide Ströme in dieselbe Richtung, ziehen sich die Leiter zueinander hin an. Fließen die Ströme in entgegengesetzte Richtung, kommt es zu einer Abstoßung. Warum das so ist erklärt sich über die Lorentzkraft (siehe unten). Die Effekte der Anziehung und Abstoßung sind gut sichtbar und häufig Gegenstand von Lehrexperimenten. Siehe auch 👉 Amperesches Kraftgesetz

Leiter in Magnetfeld: Lorentzkraft

Das Amperesche Kraftgesetz mit seinen zwei Leitern kann man auch so herleiten, dass man zunächst das B-Feld bestimmt, das von dem einen der zwei Leiter erzeugt wird. Und dann fragt man sich, welche Wirkung dieses Magnetfeld des ersten auf den zweiten Leiter hat. Das Gesetz, mit dem man die Wirkung von magnetischen Feldern auf bewegte Ladungen, etwa Strom in einem Leiter, bestimmt, wird meist mit dem Wort Lorentzkraft bezeichnet.

Formel

F = I·l·B·sin(α)

Legende

F = die Stärke der Kraft auf einen geraden Stromleiter, die 👉 Lorentzkraft

I = die "Amperezahl" im Leiter im Magnetfeld 👉 Stromstärke

l = die Länge des Leiters im Magnetfeld 👉 Länge

B = die Stärke der magnetischen Flussdichte um den Leiter 👉 magnetische Flussdichte

sin = die 👉 Sinusfunktion

α = Winkel zwischen Leiter und Richtung der 👉 Magnetfeldlinien

Die Gleichung ist eine sogenannte Betragsgleichung. Für F und B setzt man keine Vektoren ein (obwohl sie eigentlich Vektorgrößen) sind. Stattdessen setzt man nur positive reelle Zahlen als Werte für die Stärke ein. Die positiven reellen Zahlen bezeichnet man auch als Beträge. Die Formel oben gilt für den Sonderfall eines geraden Leiters in einem Magnetfeld. Weitere, sehr viel allgemeinere Aussagen werden betrachtet im Artikel über die 👉 Lorentzkraft