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Erklärung — Flussdichte messen
Definition der Flussdichte
Der Feldfaktor \(\dfrac{F}{I\cdot l}\) aus 2.1.3 wird zur Definition der Flussdichte — genau wie \(E=\dfrac{F}{q}\) beim elektrischen Feld (1.1.5).
- Definition:Kraft auf einen Leiter senkrecht zum Feld, geteilt durch Stromstärke und Leiterlänge im Feld.
- Einheit:\(1\,\mathrm{T}=1\,\dfrac{\mathrm N}{\mathrm{A\cdot m}}\); das Erdfeld hat etwa \(50\,\mu\mathrm T\), ein Hufeisenmagnet etwa \(0{,}1\,\mathrm T\).
Magnetische Flussdichte
\(B=\dfrac{F}{I\,l}\)
Einheit: \(1\,\mathrm{Tesla}=1\,\mathrm T=1\,\dfrac{\mathrm N}{\mathrm{A\cdot m}}\)
Die Stromwaage
- Aufbau:ein Leiterstück der Länge \(l\) hängt an einer Waage waagerecht im Feld.
- Kraft messen:mit Strom zeigt die Waage die Zusatzmasse \(\Delta m\) an, also \(F=\Delta m\cdot g\).
- Auswertung:\(B=\dfrac{\Delta m\,g}{I\,l}\) — für jeden Messstrom derselbe Wert, denn \(B\) gehört zum Feld.
Leiter (l = 5 cm) im Feld eines unbekannten Magneten. Verändere den Messstrom I und vergleiche Δm und das berechnete B.
I
4 A
gemessene Masse Δm
7,1 g
B = Δm·g/(I·l)
0,35 T
B mit der Stromwaage
Messung: \(\Delta m=7{,}1\,\mathrm g\) bei \(I=4{,}0\,\mathrm A\), \(l=5{,}0\,\mathrm{cm}\).
Kraft\(F=\Delta m\,g=0{,}0071\cdot9{,}81\approx0{,}070\,\mathrm N\)
Flussdichte\(B=\dfrac{F}{I\,l}=\dfrac{0{,}070}{4{,}0\cdot0{,}05}\)
Ergebnis\(B\approx0{,}35\,\mathrm T\)
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Allgemeine Hinweise
Nur die Zusatzmasse
\(\Delta m\) ist der Unterschied der Anzeige mit und ohne Strom, nicht die Masse des Leiters.
Einheiten
l in m, Δm in kg, I in A → B in T. Gramm und Zentimeter vorher umrechnen.
Messreihe auswerten
Trägt man \(F\) über \(I\) auf, ergibt sich eine Ursprungsgerade; ihre Steigung ist \(B\cdot l\).