Das Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters

Diesen aiMOOC als Battle spielen: Physik, Klasse 9-10, G-Niveau

Einleitung

Fließt elektrischer Strom durch einen Leiter, entsteht um ihn ein Magnetfeld. Das gilt zum Beispiel für einen geraden Draht. Du kannst das Feld mit einem Kompass nachweisen.

Beobachte die Animation: Beim Einschalten des Stroms bewegt sich die Kompassnadel. Das zeigt die magnetische Wirkung des Stroms.

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Der Ørsted-Versuch

Beim Ørsted-Versuch liegt ein gerader Draht nahe an einem Kompass. Ohne Strom zeigt die Nadel ungefähr nach Norden. Fließt Strom, dreht sie sich. Wird der Strom ausgeschaltet, geht sie wieder zurück.

Sicherheit: Verwende im Schulversuch nur eine geeignete Kleinspannung und arbeite nach Anweisung der Lehrkraft. Schließe einen Draht niemals direkt an die Steckdose an.

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Form des Magnetfelds

Die Feldlinien liegen wie Kreise um den geraden Leiter. Der Draht liegt in der Mitte dieser Kreise.

Je größer die Stromstärke ist, desto stärker ist das Magnetfeld. Mit wachsendem Abstand vom Leiter wird das Feld schwächer.

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Richtung des Magnetfelds

Mit der Rechte-Hand-Faustregel findest Du die Feldrichtung:

1. Technische Stromrichtung: Der Daumen der rechten Hand zeigt in Stromrichtung, also von Plus nach Minus.
2. Magnetfeldrichtung: Die gekrümmten Finger zeigen die Richtung der Feldlinien.

Kehrst Du die Stromrichtung um, kehrt sich auch die Richtung des Magnetfelds um.

Merksätze

1. Magnetische Wirkung des elektrischen Stroms: Jeder stromdurchflossene Leiter erzeugt ein Magnetfeld.
2. Feldlinienbild: Beim geraden Leiter sind die Feldlinien Kreise.
3. Rechte-Hand-Faustregel: Daumen gleich Stromrichtung, Finger gleich Feldrichtung.
4. Stromumkehr: Eine umgekehrte Stromrichtung kehrt die Feldrichtung um.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was entsteht um einen stromdurchflossenen Leiter? (Ein Magnetfeld) (!Ein Schallfeld) (!Ein Lichtstrahl) (!Ein Vakuum)

Welche Form haben die Feldlinien um einen geraden Leiter? (Kreise) (!Gerade Linien) (!Dreiecke) (!Rechtecke)

Womit kann das Magnetfeld im Schulversuch nachgewiesen werden? (Mit einem Kompass) (!Mit einem Lineal) (!Mit einem Thermometer) (!Mit einer Waage)

Wohin zeigt der Daumen bei der Rechte-Hand-Faustregel? (In technische Stromrichtung) (!Zum Erdmittelpunkt) (!In Bewegungsrichtung der Kompassnadel) (!Immer nach Norden)

Was zeigen die gekrümmten Finger bei der Rechte-Hand-Faustregel? (Die Richtung der Feldlinien) (!Die Länge des Leiters) (!Die Spannung der Batterie) (!Die Masse des Drahts)

Was geschieht bei einer Umkehr der Stromrichtung? (Die Feldrichtung kehrt sich um) (!Das Magnetfeld wird zu Licht) (!Der Leiter wird kürzer) (!Die Kompassnadel verschwindet)

Was bewirkt meist eine größere Stromstärke? (Ein stärkeres Magnetfeld) (!Ein kleineres Magnetfeld) (!Kein Magnetfeld) (!Eine andere Drahtfarbe)

Wie verändert sich das Magnetfeld mit größerem Abstand vom geraden Leiter? (Es wird schwächer) (!Es wird immer stärker) (!Es bleibt überall gleich) (!Es wird elektrisch geladen)

Was geschieht nach dem Ausschalten des Stroms? (Das Magnetfeld des Leiters verschwindet) (!Das Feld wird dauerhaft stärker) (!Der Draht wird zum Dauermagneten) (!Der Kompass verliert seine Nadel)

Welche Spannungsquelle ist für einen Schulversuch geeignet? (Eine geeignete Kleinspannungsquelle) (!Eine offene Steckdose) (!Eine beschädigte Netzleitung) (!Eine Hochspannungsleitung)

Memory

Ørsted	Kompassversuch
Feldlinie	Kreisform
Daumen	Stromrichtung
Finger	Magnetfeldrichtung
Stromstärke	Feldstärke
Stromumkehr	Richtungswechsel

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Magnetfeld am geraden Leiter
Kreislinien	Form des Magnetfelds
Rechter Daumen	Technische Stromrichtung
Gekrümmte Finger	Richtung des Magnetfelds
Kompassnadel	Nachweis des Magnetfelds
Stromumkehr	Umkehr der Feldrichtung

Kreuzworträtsel

Magnetfeld	Was entsteht um einen Leiter, wenn Strom fließt?
Kompass	Welches Gerät zeigt die magnetische Wirkung?
Feldlinie	Wie heißt eine gedachte Linie zur Darstellung eines Magnetfelds?
Leiter	Wodurch fließt der elektrische Strom?
Stromrichtung	Was zeigt der Daumen bei der Faustregel?
Oersted	Welcher Forscher zeigte den Zusammenhang von Strom und Magnetismus?

Lückentext

Vervollständige den Text.

Fließt elektrischer Strom durch einen Leiter, entsteht ein .

Beim geraden Leiter verlaufen die Feldlinien als .

Ein kann die magnetische Wirkung anzeigen.

Bei der Rechte-Hand-Faustregel zeigt der Daumen die technische .

Wird die Stromrichtung umgekehrt, ändert sich die .

Mit wachsendem Abstand vom Leiter wird das Magnetfeld .

Offene Aufgaben

Leicht

1. Feldlinienbild: Zeichne einen geraden Leiter und mehrere kreisförmige Feldlinien.
2. Merksatz: Erkläre das Thema in drei einfachen Sätzen.
3. Rechte-Hand-Faustregel: Zeige die Regel mit Deiner Hand und beschrifte eine Skizze.
4. Medienbeobachtung: Sieh Dir eine Animation an und notiere zwei Beobachtungen.

Standard

1. Ørsted-Versuch: Baue den Versuch unter Aufsicht mit Kleinspannung auf und protokolliere die Bewegung der Kompassnadel.
2. Stromumkehr: Plane einen Versuch, der die Umkehr der Feldrichtung zeigt.
3. Erklärplakat: Gestalte ein Plakat mit Draht, Feldlinien, Stromrichtung und Faustregel.
4. Stop-Motion: Erstelle eine kurze Animation, in der eine Kompassnadel beim Einschalten ausschlägt.

Schwer

1. Versuchsplanung: Entwickle eine Untersuchung zum Einfluss des Abstands zwischen Draht und Kompass.
2. Stromstärke: Plane einen fairen Vergleich für zwei verschiedene Stromstärken.
3. Fehleranalyse: Erkläre mögliche Gründe, warum eine Kompassnadel im Versuch kaum reagiert.
4. Erklärvideo: Produziere ein kurzes Lernvideo mit Versuch, Feldlinienbild und Rechte-Hand-Faustregel.

Lernkontrolle

1. Vorhersage: In einer Zeichnung zeigt der Strom nach oben. Bestimme mit der rechten Hand die Feldrichtung an zwei markierten Stellen und begründe Deine Entscheidung.
2. Transfer auf Stromumkehr: Erkläre, wie sich zwei gegenüberliegende Kompassnadeln verhalten, wenn die Stromrichtung vertauscht wird.
3. Versuchsverbesserung: Eine Kompassnadel bewegt sich nur wenig. Schlage drei sinnvolle Änderungen am Aufbau vor und begründe sie.
4. Zusammenhang von Stromstärke und Abstand: Vergleiche einen nahen Leiter mit kleiner Stromstärke und einen weiter entfernten Leiter mit größerer Stromstärke. Beschreibe, welche weiteren Angaben für eine sichere Aussage nötig sind.
5. Modellkritik: Erkläre, was Feldlinien darstellen und warum sie keine echten Drähte oder Bahnen sind.
6. Alltagsbezug: Begründe, warum mehrere Windungen eines Drahts für einen starken Elektromagneten nützlich sein können.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis solltest Du:

1. die Entstehung des Magnetfelds am stromdurchflossenen Leiter erklären,
2. das kreisförmige Feldlinienbild zeichnen,
3. die Rechte-Hand-Faustregel richtig anwenden,
4. die Folgen einer Stromumkehr vorhersagen,
5. den Ørsted-Versuch auswerten,
6. einfache Sicherheitsregeln für den Schulversuch beachten.

Lernbereiche

1. Physik
2. Elektrizitätslehre
3. Magnetismus
4. Elektromagnetismus
5. Experimentieren im Physikunterricht
6. Klasse 9

Links

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