Stromwaage und Flussdichte


Stromwaage
Ein Magnet oder ein stromdurchflossener Leiter erzeugen um sich herum ein Magnetfeld. Um dessen Stärke zu messen, würde man normalerweise die magnetische Kraft auf eine magnetische Probeladung messen. Leider gibt es keine geeigneten magnetischen Probeladungen. Es gibt ja keine getrennten Nord- und Südpole. Magnetfelder wirken aber auch auf Ströme, wie z.B. der Versuch mit der Leiterschaukel zeigt.
Stromwaage Detail
Deshalb ersetzt man die Probeladung durch einen Probestrom und misst die auf ihn wirkende Kraft mit einer Stromwaage. Der Name ist durchaus gut gewählt. An der linken Seite eines Waagebalkens hängt eine Leiterschleife. Ihr unteres Ende befindet sich zwischen zwei Polschuhen im Feld eines Elektromagneten. Die Waage wird zunächst ohne Stromfluss austariert.
Dann lässt man durch die Magnetspulen und durch die Leiterschleife unterschiedlich starke Ströme fließen. Wegen des geringen Widerstandes des Probeleiters wird ein Vorwiderstand von 2,4Ω verwendet. Die Stromrichtungen im Probeleiter und in den Magnetspulen werden so gewählt, dass die Leiterschleife von der auftretenden Lorentzkraft nach unten gezogen wird. Die Waage wird dann wieder austariert und die dazu erforderliche Kraft wird mit einem Federkraftmesser gemessen. Auch die Leiterschleifen werden gewechselt. Sie unterscheiden sich in der Länge der waagerechten Leiterstücke. Man stellt fest:
• Die Kraft auf die Leiterschleife ist proportional zur Stromstärke in ihr.
• Sie ist proportional zur Länge des waagerechten Leiterstückes, soweit es sich im Magnetfeld befindet.
• Die Kraft auf die Leiterschleife ist ebenfalls proportional zur Stromstärke in den Magnetspulen, also zur Stärke des Magnetfeldes, die magnetische Flussdichte heißt.
Deshalb kann man als Maß für die magnetische Flussdichte die Kraft auf einen Probestrom festsetzen: Das Magnetfeld hat eine Flussdichte von einem Tesla (1T), wenn auf einen 1 Meter langen Leiter, in dem ein Strom von 1 Ampère fließt, eine Kraft von 1 Newton wirkt: 1 T = 1N/(A ⋅ m).
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