Stromwaage
Physik
Basiswissen
Mit einer Stromwaage lässt sich zeigen, dass stromdurchflossene Leiter aufeinander Kräfte ausüben. Dabei wurden verschiedene Varianten von Stromwaagen verwendet. Einige davon sind hier kurz vorgestellt.
Was ist das Grundprinzip aller Stromwaagen?
Klassische Varianten der Stromwaage wurden von Andre-Marie Ampere (1822) sowie von Lord Kelvin gebaut. Das Grundprinzip bei beiden Varianten ist, dass bewegte elektrische Ladungen (das heißt der elektrische Strom) immer ein Magnetfeld um sich herum erzeugen (Oerstedprinzip). Hat man zwei elektrische Leiter oder einen elektrischen Leiter in einem äußeren Magnetfeld, dann sollte man irgendwelche Kraft- oder Bewegungseffekte erkennen. Siehe auch Oerstedsches Gesetz [Prinzip] ↗
Die klassische Stromwaage nach Ampere
Die Stromwaage nach Ampere ist gleichzeitig auch die historisch älteste Variante (um 1822): zwei elektrische Leiter werden über eine längere gerade Strecke eng beieinander parallel geführt. Je nachdem ob der Strom in die gleiche Richtung oder entgegengesetzt läuft, stoßen sich die Leiter ab oder sie ziehen sich an. Das wird als Bewegung über eine Art Waage sichtbar gemacht[1].
Die Stromwaage nach Lord Kelvin
Lord Kelvin (William Thomson) nutzte dasselbe Prinzip wie Ampere, verwirklichte die Stromwaage aber etwas anders. Bei Kelvins Stromwaage wird ein elektrischer Leiter durch ein starkes äußeres Magnetfeld geführt. Da die bewegten Elektronen in dem Leiterstück selbst ein Magnetfeld erzeugen, ist der Endeffekt der von zwei Magneten in Wechselwirken. Wieder kann eine Kraft gemessen werden.[2] Das besondere an der Kelvinschen Variante ist die Verwendung einer Balkenwaage ↗
Die Stromwaage als Schulversuch
Die klassische Variante für Schulversuche ist ähnlich aufgebaut wie die Stromwaage von Kelvin. In modernen Schulvesuchen verwendet man jedoch keine große Balkenwaage mehr sondern einen sehr viel kleineren Kraftmesser ↗
Wiegt eine Stromwaage Strom?
Nein, das Wort kann irreführend sein. Die Stromwaage wiegt keinen Strom im Sinne einer Masse sondern die magnetische Wirkung eines elektrischen Stromes im Sinne einer Kraft. Tatsächlich hat Elektrizität keine Masse, die man in Kilogramm wiegen kann. Im Teilchenmodell des Stroms besteht Elektrizität aus sich bewegenden Ladungen, meist Elektronen. Die Masse dieser Elektronen ist (abgesehen von sehr kleinen Effekten der Relativitätstheorie) dieselbe, ganz gleich, ob sich die Elektronen bewegen oder ob sie ruhen. Geht man aber davon aus, dass die erzeugten elektromagnetischen Felder mit Photonen als Austauschteilchen der Kräfte in Verbindung stehen, dann kann man danach fragen, ob diese Photonen selbst eine Masse besitzen. Aber selbst wenn es diese Masse gäbe, würde sie nicht durch die historische Stromwaage gemessen werden können. Siehe mehr zu diesem eher hypothetischen Hintergrund im Artikel zur Photonenmasse ↗
Fußnoten
- [1] André-Marie Ampère: Recueil d'observations électro-dynamiques. contenant divers mémoires, notices, extraits de lettres ou d'ouvrages périodiques sur les sciences, relatifs a l'action mutuelle de deux courans électriques, à celle qui existe entre un courant électrique et un aimant ou le globe terrestre, et à celle de deux aimans l'un sur l'autre. Chez Crochard, 1822.
- [2] Lord Kelvin (Sir William Thomson): New Standard and Inspectional Electrical Measuring Instruments. In: Proc. Soc. Telegraph Engineers, 1888, 17, p. 540.
