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Übungsaufgaben
1Wirkt hier eine Lorentzkraft?AFB I
Ordnen Sie jeden Fall danach ein, ob auf die Ladung eine Lorentzkraft wirkt.
Ziehe jede Karte in den passenden Korb — oder wähle sie mit Enter aus und drücke dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1Lorentzkraft wirkt
2keine Lorentzkraft
In F = q · v · B · sin α stehen vier Bedingungen nebeneinander, und jede einzelne kann die Kraft auf null bringen: keine Ladung (Neutron), kein Tempo (ruhende Ladung), kein Feld (abgeschaltet) oder der falsche Winkel (längs der Feldlinien, α = 0° oder 180°). Die letzte Karte ist die heikelste — „entgegen der Feldrichtung“ klingt nach Gegenwirkung, ist aber genau der kräftefreie Fall α = 180°, denn auch dort ist der Sinus null.
2Die Herleitung ordnenAFB I
Bringen Sie die Schritte der Herleitung von \(F=B\,I\,l\) zu \(F=q\,v\,B\) in die richtige Reihenfolge.
Verschiebe die Zeilen mit den Pfeilen, bis die Reihenfolge stimmt, und prüfe dann.
1Ausgangspunkt ist die Kraft auf den stromdurchflossenen Leiter: F = B · I · l.
2Die Stromstärke ist die transportierte Ladung pro Zeit: I = Q ÷ t.
3In derselben Zeit t legen die Ladungen die Strecke l = v · t zurück.
4Beides zusammen ergibt für das Produkt: I · l = (Q ÷ t) · v · t = Q · v.
5Eingesetzt wird aus F = B · I · l die Form F = B · Q · v für die gesamte Ladung.
6Für ein einzelnes Teilchen der Ladung q folgt daraus F = q · v · B.
Der Kniff steckt in Schritt 4: Nicht I wird durch q und l durch v ersetzt, sondern das Produkt I · l wird als Ganzes umgeformt. Dabei kürzt sich die Zeit t heraus — deshalb taucht sie in der Endformel nicht mehr auf. Wer die Ersetzung einzeln vornimmt, bekommt zufällig dasselbe Ergebnis und übersieht, dass die Herleitung nur über das Produkt funktioniert.
3Aussagen prüfenAFB I
Entscheiden Sie bei jeder Aussage, ob sie stimmt.
Fünf Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann startest du die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Die letzte Aussage trennt sauber zwischen Kraft und Wirkung: Auf ein Elektron und ein Proton gleicher Geschwindigkeit wirkt dieselbe Kraft, weil beide denselben Ladungsbetrag tragen. Weil das Proton aber rund 1800-mal schwerer ist, wird es viel schwächer aus der Bahn gelenkt. Diese Unterscheidung brauchen Sie im nächsten Kapitel bei den Kreisbahnen wieder.