Physik Forum

[Frank]

@Isi1, GvC, Fritz, alle anderen.....
Jetzt habe ich mal Fragen an die elektrische Fraktion.

Folgender Aufbau sei vorgegeben:

Variante1
An den Enden eines geraden Leiterstückes befinden sich jeweils eine Kondensatorplatte. Diese Platten seien unterschiedlich gepolt (also 1x+ und einmal -) gleichstark aufgeladen.
In der Mitte des Leiterstückes ist ein Schalter. Das ganze befindet sich komplett mit den Kondensatorplatten innerhalb eines homogenen Magnetfeldes.
Der Leiter verläuft senkrecht zu den Feldlinien.

Welche Kraft wirkt beim Schließen des Schalters und nachfolgendem Ladungsausgleich auf das komplette Leiterstück?


Variante 2.
Wie Variante 1, jedoch ist der Leiter zu einem fast vollständigen Kreis gebogen. Die Magnetfeldlinien schneiden die Kreisfläche senkrecht.
Die Kondensatorplatten stehen sich nun nur mit einem kleinem Spalt gegenüber.
Welche Kraft würde hier beim Ladungsausgleich wirken?


Mir geht es vorerst nicht um die Beträge der Kräfte, sondern ob überhaupt eine resultierende Kraft wirkt und in welche Richtung sie wirkt (parallel oder senkrecht zu den Feldlinien).

(Auftretende elektr. Schwingungen sollen nicht betrachtet werden. Der elektr. Widerstand dämpft z.B. das System entsprechend.)

Ich habe bereits (begründete) Vermutungen, möchte aber gern Euere unvoreingenommenen Meinungen hören.

[GvC]

Lorentzkraft wirkt immer senkrecht zur Bewegungsrichtung der Ladungsträger und senkrecht zur Magnetfeldrichtung.

[Frank]

[GvC]

[Frank]

Mal bitte hier aufs Vorschaubild klicken.



@GvC
Danke für die schnellen Antworten.
Ich hoffe man kann sich das nun vorstellen.

[GvC]

Aha, jetzt ist es klarer. Im ersten Fall (gerade Verbindung) ergibt sich eine Lorentzkraft nach vorne. Im zweiten Fall ("kreis"förmige Verbindung) kommt es noch darauf an, ob die Verbindung "obenrum" oder "hintenrum" erfolgt, ob also die gebildete Leiterschleifenfläche senkrecht oder parallel zum Magnetfeld liegt. In jedem Fall ist die Summe aller Kräfte Null. Dennoch lässt sich sagen, dass der Kraftanteil infolge des äußeren Magnetfeldes die Leiterschleifenfläche zu verkleinern versucht, die Kraft infolge des Magnetfeldes des in der Leiterschleife fließenden Stromes sie zu vergrößern versucht.

[Frank]

[isi1]

[Frank]

[isi1]

Wie GvC schon sagte:

[GvC]

Ich will jetzt nicht die ganze bisherige Diskussion nochmal zitieren. Zusammenfassend Folgendes: In der Tat ist auch bei der "geraden" Verbindung eine Kraft auf den Verschiebungsstrom zu berücksichtigen, der ja auf den Platten "verankert" ist. Wir haben auch hier einen geschlossenen Stromkreis (eine geschlossene "Leiterschleife"), auf den die Gesamtkraft Null ist. Besonders deutlich wird das bei den "kreisförmig" verbundenen Platten. Zwar wirkt an jeder Stelle der Leiterschleife ein Kraftanteil nach außen (infolge des Magnetfeldes des fließenden Stromes) und einer nach innen (infolge des äußeren Magnetfeldes), wobei beide Anteile sich an der jeweiligen Stelle nur zufällig aufheben könnten, wenn nämlich das äußere Magnetfeld eine entsprechende Stärke hat. Die Gesamtkraft auf die gesamte Leiterschleife ist aber in jedem Falle Null, da sich sowohl alle nach außen wirkenden Kraftanteile aufheben, wie auch die nach innen wirkenden Kraftanteile sich gegenseitig aufheben. Der Unterschied zwischen der Verbindung "hintenrum" und "obenrum" besteht darin, dass in ersterem Fall auch auf die nach hinten verlaufenden Leiterteile jeweils eine Kraft wirkt (auf den linken Teil eine Kraft nach rechts, auf den rechten Teil eine gleich große Kraft nach links), während bei letzterem Fall (Verbindung "obenrum", also die nach oben führenden Leiterteile parallel zum Magnetfeld) keine Kraft infolge des äußeren Magnetfeldes wirkt. In der Summe sind alle Kräfte wiederum Null. Unabhängig von der Leiterführung wirkt aber immer eine Kraft nach außen infolge des Magnetfeldes des fließenden Stromes. In der Summe heben sich aber auch diese Kräfte auf die gesamte Leiterschleife auf. Interessant wird es erst, wenn das äußere Magnetfeld inhomogen ist. Dann heben sich die dadurch verursachten Lorentzkräfte in den einzelnen Leiterabschnitten nicht mehr auf, und die Leiterschleife setzt sich in Bewegung (sofern sie nicht durch eine weitere äußere Kraft festgehalten wird).

[Frank]

@GvC und Isi1

Erst mal vielen Dank für die Antworten.