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Magnetfeld von Leiter und Spule

Physik · Realschule · Jahrgangsstufe 9 · Bayern · Teilbereich Elektrizitätslehre

Im Lernbereich Elektrizitätslehre der 9. Jahrgangsstufe erkennen Lernende, dass ein stromdurchflossener Leiter ein Magnetfeld erzeugt, bestimmen seine Richtung mit der Linke-Faust-Regel und beschreiben das Feld einer Spule. Der Elektromagnet ist die Grundlage für Lorentzkraft, Elektromotor und Induktion.

Strom erzeugt ein Magnetfeld

Fließt in einem geraden Leiter ein Strom, so erzeugen die bewegten Elektronen in seiner Umgebung ein Magnetfeld. Man kann es sichtbar machen: Kleine Kompassnadeln um den Leiter stellen sich kreisförmig ein, Eisenfeilspäne bilden Ringe. Die Feldlinien sind konzentrische Kreise um den Leiter.

Merke: Linke-Faust-Regel (für die Elektronenbewegung): Zeigt der Daumen der linken Hand in die Richtung, in die sich die Elektronen bewegen (von Minus nach Plus), dann zeigen die gekrümmten Finger in die Richtung der Magnetfeldlinien.

Das Magnetfeld einer Spule

Wickelt man den Leiter zu einer Spule (vielen Windungen), überlagern sich die Magnetfelder der einzelnen Windungen zu einem starken Feld. Außen und innen entsteht ein Feldlinienbild, das dem eines Stabmagneten gleicht: Die Spule hat einen Nord- und einen Südpol. Ein solcher Elektromagnet lässt sich ein- und ausschalten und ist viel stärker als der gerade Leiter.

Die Stärke des Elektromagneten lässt sich erhöhen durch: eine größere Stromstärke, mehr Windungen und einen Eisenkern in der Spule. Deshalb nutzt man Elektromagnete in Kränen (Schrott heben), Klingeln, Relais und Lautsprechern.

Beispiel 1: Wovon die Stärke eines Elektromagneten abhängt

Eine Schülergruppe baut einen Elektromagneten und zählt, wie viele Büroklammern er hält. Was können sie ändern, damit er mehr hält?

Maßnahme	Wirkung
größere Stromstärke	stärkeres Feld, hält mehr
mehr Windungen	stärkeres Feld, hält mehr
Eisenkern einschieben	viel stärkeres Feld
Strom ausschalten	Feld verschwindet, lässt los

Antwort: Mehr Strom, mehr Windungen und ein Eisenkern verstärken den Magneten. Der entscheidende Vorteil gegenüber einem Dauermagneten: Man kann ihn ein- und ausschalten. Deshalb lassen Schrottplatz-Magnete die Last durch Abschalten des Stroms fallen.

Beispiel 2: Pole einer Spule bestimmen

An einer Spule ist die Stromrichtung bekannt. Wie findet man heraus, wo der Nordpol liegt?

Antwort: Man umfasst die Spule mit der linken Hand so, dass die Finger in Elektronenflussrichtung um die Windungen zeigen; der Daumen weist dann zum Nordpol. Dreht man die Stromrichtung um, vertauschen sich Nord- und Südpol.

Typische Fehler und Prüfungstipps

Feldlinien laufen längs des Drahts: Nein, um einen geraden Leiter bilden sie konzentrische Kreise senkrecht zum Draht.
Faustregel mit der rechten Hand: Bei Betrachtung der Elektronenbewegung gilt die linke Faust; die rechte gilt für die technische Stromrichtung.
Elektromagnet bleibt magnetisch: Ohne Strom verschwindet das Feld (bei weichem Eisenkern fast vollständig).
Pole fest: Dreht man die Stromrichtung um, vertauschen sich Nord- und Südpol der Spule.
Eisenkern unwichtig: Ein Eisenkern verstärkt das Feld sehr deutlich und ist für starke Elektromagnete entscheidend.