Die Entdeckung des Herrn Orsted
In diesem Abschnitt geht es um Geräte, mit denen man die Stromstärke messen kann. Sie sind wichtige Hilfsmittel für spätere Versuche.
Um das Jahr 1820 machte der dänische Physiker Christian 0rsted eine enorm wichtige Entdeckung, die zu Anwendungen wie Elektromotoren oder Strommessgeräten führte. Er entdeckte nämlich, dass eine Magnetnadel abgelenkt wird, wenn in der Nähe Strom durch einen Leiter fließt (siehe Experimentierbox). Diese Entdeckung schlug in der wissenschaftlichen Welt wie eine Bombe ein, denn sie belegte, was man schon lange vermutet hatte: Elektrizität und Magnetismus hängen irgendwiezusammen.
Es ist nämlich so: Um den Leiter herum entsteht durch den Stromfluss ein Magnetfeld. Die magnetischen Feldlinien sind immer geschlossen. In diesem Fall sind sie kreisförmig und winden sich um den Leiter herum. Ohne Erdmagnetfeld würde sich eine Magnetnadel exakt in Richtung dieser Feldlinien ausrichten, also quer zur Flussrichtung des Stroms (folgende Abb.). Durch die zusätzliche Wirkung des Erdmagnetfeldes bleibt aber immer eine gewisse Abweichung übrig.
- Erdmagnetfeld
Elektrischer Strom erzeugt also ein magnetisches Feld. In folgender Abb. bewirkt dieses eine Ablenkung eines Permanent-Magneten, in diesem Fall der Kompassnadel.
| Die Richtung der magnetischen Feldlinien kann man mit der rechten Hand bestimmen (b). Wenn du den Leiter so umgreifst, dass der Daumen in (technische) Stromrichtung zeigt, dann geben dir die Finger die Richtung des magnetischen Feldes an. In diese Richtung zeigt dann der Nordpol der Nadel (rot). |
Wenn sich der Permanent-Magnet nicht bewegen kann, dann bewegt sich der Leiter (folgende Abb. a). In welche Richtung, kannst du mit der rechten Hand bestimmen (b). Eine stromdurchflossene Leiterschleife beginnt sich daher im Feld eines Permanent-Magneten zu drehen ©.
| Die Richtung der Bewegung eines stromdurch-flossenen Leiters in einem Magnetfeld kannst du mit der rechten Hand bestimmen (b). Der Daumen muss dabei in (technische) Stromrichtung zeigen und der Zeigefinger in Richtung des Magnetfeldes (von Nord- zu Südpol). Der Mittelfinger gibt dir dann die Bewegungsrichtung des Drahtes an. |
Dieser Effekt wird bei der Strommessung ausgenutzt. Statt einer einzelnen Schleife verwendet man hier aber viele Schleifen, also eine Spule (folgende Abb. a), weil dadurch die Genauigkeit erhöht wird. Fließt Strom durch den Leiter, dann dreht sich die Spule, und zwar umso stärker, je größer die Stromstärke ist. Solche Geräte nennt man Drehspulgeräte (folgende Abb. a), und wenn diese sehr genau messen, dann nennt man sie Galvanometer (F7).
- Digitale Messgeräte
Zum Elektromotor (folgende Abb. b) ist es nur mehr ein Katzensprung. Du musst dazu nur die Stromrichtung nach jeder halben Drehung der Leiterschleife umkehren. Das schafft man mit Hilfe von Schleifkontakten. Dadurch kannst du eine gleichmäßige Rotation erzeugen (F7).
| a) Ein einfaches Drehspulgerät zur Messung der Stromstärke; b) Vereinfachte Darstellung eines Gleichstrommotors. |