Als Lorentzkraft bezeichnet man die Kraft, die ein geladenes Teilchen in einem elektrischen bzw. magnetischen Feld erfährt. Entscheidend für die Größe dieser Kraft ist die Lage der Bewegungsrichtung des Teilchens, zu den Feldlinien des elektrischen oder magnetischen Feldes. Dabei ist sie am größten, wenn die Bewegungsrichtung senkrecht zu den Feldlinien verläuft.

Bei einem parallelen Verlauf erfährt das Teilchen keine Lorentzkraft. Die Lage der Kraftwirkungslinie ist dabei immer senkrecht zur Bewegungsrichtung. Daher lässt sich die Richtung der Kraft, mit der sogenannten Drei – Finger – Regel bestimmen. Hierbei steht der Daumen für die Bewegungsrichtung, der Zeigefinger für die Feldlinienrichtung und der Mittelfinger für die Lorentzkraft. Die drei Finger stehen dabei senkrecht zueinander, für positive Ladungen verwendet man die rechte Hand, für negative entsprechend die linke. Die Entdeckung dieser Gesetzmäßigkeit geht auf den niederländischen Physiker Hendrik Antoon Lorentz zurück.

Anwendung

Die Lorentzkraft ist die Kraft, die ein geladenes Teilchen in einem elektrischen bzw. magnetischen Feld erfährt.

Die Lorentzkraft ist die Kraft, die ein geladenes Teilchen in einem elektrischen bzw. magnetischen Feld erfährt.

Die Lorentzkraft stellt einen zentralen Bestandteil in der Umwandlung von elektrischer Energie dar. Wird ein elektrischer Leiter, in einem elektrischen oder magnetischem Feld von einem Strom durchflossen und dieser Leiter ist nicht parallel zu den Feldlinien, so bewegt sich der Leiter. Dadurch lässt sich elektrische in mechanische Energie umwandeln. Nutzen findet diese Anwendung bei Elektromotoren. Dieser Umstand lässt sich auch umgekehrt nutzen. Ist der elektrische Leiter fest und nicht von Strom durchflossen, werden sich die Teilchen im Leiter bewegen, wenn sich das Feld ändert. Dadurch erzeugt man einen Stromfluss im Leiter. Diesen Vorgang nennt man elektromagnetische Induktion. So funktioniert ein Elektromotor auch umgekehrt als Generator. Dabei erzeugt der Strom im Leiter wiederrum ein Magnetfeld, was eine Lorentzkraft genau entgegengesetzt zur Ursprungskraft bewirkt. Dadurch wirkt eine Eigeninduktion nach der Lenzschen Regel dem induzierten Strom entgegen und behindert diesen.

Anwendungen der Lorentzkraft:

  • Elektromotor bzw. Generator
  • Ablenkmagnete für Elektronenstrahlen (Bsp. Röhrenfernseher)
  • Hall- Sensor zur kontaktfreien Messung von elektr. Strömen
  • Massenspektrometer
  • Elektrodynamische Wandler (etwa Lautsprecher, Mikrofone, etc.)
  • Versuchsreaktor für Kernfusion (zum Einschluss von heißem Plasma)

 

Messung der Lorentzkraft

Die Lorentzkraft kann nicht direkt ermittelt werden, lässt sich jedoch aufgrund ihrer Wirkung auf stromdurchflossene Leiter berechnen. Auf dieser Grundlage basiert auch die Stromstärkeeinheit Ampere: „Ein Ampere ist die Stärke eines zeitlich unbegrenzt unveränderlichen elektrischen Stroms, der durch zwei parallel im Abstand von 1 m im Vakuum angeordnete geradlinige, unendlich lange Leiter mit vernachlässigbar kleinem, kreisförmigen Querschnitt fließend, elektrodynamisch die Kraft von 2 • 10?7 N je m Leiterlänge zwischen diesen Leitern hervorrufen würde.“