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Lorentzkraft


Definition


Basiswissen


Als Lorentzkraft bezeichnet man die Kraft, die ein Magnetfeld auf eine elektrische Ladung ausübt. Das verblüffende ist, dass die Stärke und Richtung dieser Kraft davon abhängt, wie schnell in welche Richtung sich die Ladung durch das Magnetfeld bewegt.

Einführung zur Lorentzkraft


Traditionell und in der Schulphysik steht die Lorentzkraft nur für die Kraft, die ein Magnetfeld auf eine elektrische Ladung ausübt[1][2]. Manche Autoren fassen aber auch die rein elektrostatische Coulombkraft mit unter die Lorentzkraft[3].

Manche Autoren zählen nur die magnetischen Kräfte zur Lorentzkraft, andere auch die rein elektrostatischen Kräfte.

Beide Ansätze sind richtig, es muss nur klar sein, ob die Lorentzkraft nur die magnetische Kraft mit den Berechnungstermen q·v·B·sinα[4] oder q·vxB[5] oder auch die elektrostatische Kraft mit dem Term q·E[6] berücksichtigen soll. Beide Herangehensweisen sind richtig und werden hier zusammen kurz vorgestellt.

Die Lorentzkraft nur für B-Felder


Die zwei folgenden Formeln gelten für die Lorentzkraft im engeren Sinn. Mit ihnen kann man berechnen, welche Kraft ein B-Feld (das heißt ein Magnetfeld) auf eine elektrische Ladung q ausübt. Einen möglichen Einfluss von E-Feldern (also rein elektrostatischen Feldern, Coulomb-Feldern) berücksichtigen diese beiden Formeln nicht. Beide Formeln geben dasselbe Ergebnis. Die zweite Formel verwendet dazu das sogenannte Kreuzprodukt aus der Vektorrechnung.


Die Lorentzkraft für E- und B-Felder


Die folgenden zwei Formeln berechnen die vereinte Wirkung von B- und von E-Feldern auf eine elektrische Ladung q. Beide Formeln geben immer auch dasselbe Ergebnis. Die zweite Formel verwendet dazu das Kreuzprodukt aus der Vektorrechnung.


Legende



Die Linke- und die Rechte-Hand-Regel


Um die Richtung und Stärke des Anteiles des B-Feldes, also des Magnetismus, an der Lorentzkraft bestimmen zu können, muss man die Richtung kennen, in die sich eine Ladung bewegt (Daumen). Zusätzlich muss man die Richtung der Magnetfeldlinien kennen (Zeigefinger).

Mit der Linke- oder Rechte-Hand-Regel bestimmt man die Richtung der Lorentzkraft.

Die Magnetfeldlinien gehen immer vom Nord- zum Südpol eines Magnetfeldes. Der Zeigefinger zeigt dann in Richtung der wirkenden Kraft. Für negative Ladungen (z. B. Elektronen) verwendet man die linke Hand, für positive Ladungen (z. B. Protonen oder auch Alphateilchen) verwendet man die rechte Hand:


Was macht die magnetische Lorentzkraft stärker?



Wann wirkt die magnetische Lorentzkraft nicht?



Übungsaufgaben zur Lorentzkraft


Einige Rechenaufgaben und Verstädnisfragen zur Lorentzkraft sind hier als Quickcheck zusammengestellt. Zu allen Fragen gibt es immer auch eine Antwort. Direkt zu den Aufgaben geht es über => qck

Fußnoten