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Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter, Motor und Induktion

Ein Draht, durch den Strom fließt, wird im Magnetfeld zur Seite gedrückt. Die Kraft ist am größten, wenn der Draht im 90°-Winkel zum Feld liegt, und null, wenn er parallel dazu liegt. Die Richtung zeigt dir die Linke-Hand-Regel von Fleming. Ein Motor nutzt diese Kraft, um eine Spule zu drehen. Ein Generator macht das Gegenteil: Er erzeugt Strom, indem man eine Spule oder einen Magneten bewegt.

🎬 Geschichte Schritt für Schritt

  1. Hier liegt ein Kupferstab auf zwei Metallschienen, zwischen dem Nordpol (oben) und dem Südpol (unten) eines großen Magneten. Es fließt kein Strom, also passiert nichts.
  2. Jetzt fließt Strom I durch den Stab. Das Feld B zeigt nach unten, der Strom fließt quer, und der Stab bekommt seitlich einen Schub F. Sieh zu, wie er über die Schienen rollt. Tippe auf „Strom umkehren“ oder „Magnet umdrehen“, dann dreht sich der Schub um.
  3. Jetzt drehen wir den Stab langsam von 90° auf 0°. Je mehr er sich am Feld ausrichtet, desto kleiner wird der grüne Kraftpfeil. Bei 0° (parallel) ist die Kraft null.
  4. Ein Elektromotor: Eine Spule liegt zwischen zwei Polen. Eine Seite wird nach oben gedrückt, die andere nach unten, also dreht sich die Spule. Der Kommutator (Spaltring) und die Bürsten kehren den Strom nach jeder halben Umdrehung um, damit sie sich immer in dieselbe Richtung weiterdreht.
  5. Jetzt umgekehrt: Schiebe einen Magneten in eine Spule. Die Nadel des Galvanometers schlägt in eine Richtung aus. Ziehst du ihn heraus, schlägt sie in die andere Richtung aus. Hältst du den Magneten still, bleibt die Nadel bei null. Das ist elektromagnetische Induktion.
  6. Freies Spiel: Kehre den Strom um, drehe den Magneten um, ändere die Stromstärke und den Winkel. Sage die Kraftrichtung mit deiner linken Hand voraus, bevor du hinschaust.

Tipp: Zieh die 3D-Szene, um sie zu drehen. Mit zwei Fingern zoomst du.

🤔 Häufige Zweifel, geklärt

Warum bewegt sich der Draht überhaupt? Ein Magnet zieht doch nur Eisen an.

Der Strom im Draht erzeugt sein eigenes Magnetfeld. Dieses Feld und das Feld des Magneten drücken aufeinander, also wird der Draht gedrückt. Sieh in Schritt 2, wie der Stab rollt.

Warum gibt es keine Kraft, wenn der Draht parallel zum Feld liegt?

Die Kraft hängt davon ab, wie stark der Draht das Feld quer schneidet (sin θ). Parallel heißt: Er schneidet es gar nicht quer. Sieh in Schritt 3, wie der Pfeil auf null schrumpft.

Wenn ich Strom und Magnet beide umkehre, kehrt sich dann die Kraft um?

Nein. Jede Umkehrung dreht die Kraft einmal um, zwei Umkehrungen heben sich auf. Probiere beide Tasten im freien Spiel aus.

Warum bleibt die Motorspule nach einer halben Umdrehung nicht einfach stehen?

Der Spaltring wechselt nach jeder halben Umdrehung den Kontakt zu den Bürsten und kehrt dadurch den Strom in der Spule um. So dreht der Schub sie immer in dieselbe Richtung weiter. Siehe Schritt 4.

Warum zeigt das Galvanometer null, wenn der Magnet in der Spule liegt, sich aber nicht bewegt?

Ein Strom wird nur induziert, solange sich das Magnetfeld durch die Spule ändert. Ein ruhender Magnet gibt ein gleichbleibendes Feld, also keinen Strom. Siehe Schritt 5.

Welche Hand nehme ich, die linke oder die rechte?

Wenn der Strom gegeben ist und du die Kraft suchst (Motor), nimm die linke Hand. Wenn die Bewegung gegeben ist und du den Strom suchst (Generator), nimm die rechte Hand.

Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld

Eine bewegte Ladung spürt im Magnetfeld eine Kraft. Ein Strom besteht aus vielen bewegten Ladungen, also wird ein stromdurchflossener Draht im Magnetfeld gedrückt. Diese Kraft nennt man die magnetische Kraft auf einen Leiter.

Wovon hängt die Größe der Kraft ab?

Kurz gesagt: F ∝ I · B · L · sin θ. (In Klasse 10 brauchst du vor allem die Ideen; die Formel F = BIL sin θ benutzt man in höheren Klassen.)

In welche Richtung wirkt die Kraft? Linke-Hand-Regel von Fleming

Strecke Daumen, Zeigefinger und Mittelfinger deiner linken Hand so aus, dass sie im rechten Winkel zueinander stehen. Der Zeigefinger zeigt in Richtung des Feldes (von N nach S), der Mittelfinger in Richtung des Stroms. Der Daumen zeigt dann die Richtung der Kraft (Bewegung) auf den Leiter. Kehrst du Strom oder Feld um, kehrt sich die Kraft um. Kehrst du beides um, bleibt sie gleich.

Elektromotor (in 2026-27 nur formativ bewertet)

Hinweis: Im CBSE-Jahr 2026-27 werden Motor, elektromagnetische Induktion und Generator nur formativ bewertet (Klassentests, Aktivitäten), nicht in der Abschlussprüfung. Lerne sie trotzdem: Sie erklären jeden Ventilator und jedes Kraftwerk.

Ein Elektromotor wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um. Seine Teile:

So funktioniert es

In einer langen Seite der Spule fließt der Strom in die eine Richtung, in der anderen Seite in die Gegenrichtung. Nach der Linke-Hand-Regel wird also eine Seite nach oben und die andere nach unten gedrückt. Die Spule dreht sich. Nach einer halben Umdrehung tauschen die Hälften des Spaltrings die Bürsten, der Strom in der Spule kehrt sich um, und die Kräfte drücken die Spule wieder in dieselbe Drehrichtung. So dreht sich die Spule dauernd in eine Richtung. Motoren im Handel verwenden Elektromagnete, viele Windungen und einen weichen Eisenkern, um stärker zu sein.

Elektromagnetische Induktion und der Generator

Michael Faraday entdeckte den umgekehrten Effekt: Ein sich änderndes Magnetfeld durch eine Spule erzeugt in ihr einen Strom. Das ist die elektromagnetische Induktion, und den Strom nennt man Induktionsstrom.

Rechte-Hand-Regel von Fleming

Für einen Leiter, der sich im Feld bewegt, strecke Daumen, Zeigefinger und Mittelfinger der rechten Hand im rechten Winkel aus. Zeigefinger = Feld, Daumen = Bewegung des Leiters, Mittelfinger = Richtung des Induktionsstroms.

Elektrischer Generator

Ein Generator wandelt mechanische Energie in elektrische Energie um. Eine Spule wird zwischen den Magnetpolen gedreht. Jede Seite schneidet das Feld, und es wird ein Strom induziert. Mit Schleifringen kehrt sich der Strom nach jeder halben Umdrehung um, und es entsteht Wechselstrom (Wechselstromgenerator). Mit einem Kommutator (Spaltring) fließt der Ausgangsstrom immer in dieselbe Richtung, und es entsteht Gleichstrom (Gleichstromgenerator).

Wechselstrom und Gleichstrom

Gleichstrom (DC) fließt immer in eine Richtung. Zellen, Batterien und Solarmodule liefern Gleichstrom.

Wechselstrom (AC) kehrt seine Richtung immer wieder in gleichen Abständen um. In Indien ist die Haushaltsspannung Wechselstrom mit etwa 220 V und 50 Hz: Er wechselt die Richtung 100-mal pro Sekunde (zweimal in jedem Zyklus).

Wechselstrom (AC)Gleichstrom (DC)
Die Richtung kehrt sich regelmäßig umNur eine Richtung
Von Wechselstromgeneratoren in KraftwerkenAus Zellen, Batterien, Gleichstromgeneratoren
Kann mit geringem Energieverlust über große Entfernungen geleitet werden (die Spannung ändern Transformatoren)Schwer einfach hoch- oder herunterzusetzen; wird in der Elektronik benutzt

Wichtige Formeln und Definitionen

Gelöste Beispiele

1. Ein Draht verläuft von Ost nach West (Strom nach Westen) in einem Magnetfeld, das senkrecht nach unten zeigt. In welche Richtung wirkt die Kraft?

Zeigefinger nach unten (Feld), Mittelfinger nach Westen (Strom). Der Daumen der linken Hand zeigt dann nach Süden. Die Kraft wirkt also nach Süden.

2. Ein stromdurchflossener Draht liegt parallel zu den Magnetfeldlinien. Welche Kraft wirkt auf ihn?

Der Winkel zwischen Draht und Feld ist 0°, also ist sin θ = 0 und die Kraft ist null. Der Draht wird gar nicht gedrückt.

3. Bei einem Versuch mit Stab auf Schienen bewegt sich der Stab nach links. Was passiert, wenn (a) der Strom umgekehrt wird, (b) Strom und Feld beide umgekehrt werden?

(a) Kehrt man eines von beiden um, kehrt sich die Kraft um, also bewegt sich der Stab nach rechts. (b) Kehrt man beide um, heben sich die zwei Umkehrungen auf, und der Stab bewegt sich weiter nach links.

4. Der Wechselstrom in Indien hat 50 Hz. Wie oft wechselt der Strom in einer Sekunde die Richtung?

Jeder Zyklus hat zwei Richtungswechsel. 50 Zyklen × 2 = 100 Richtungswechsel pro Sekunde.

5. Warum braucht ein Motor einen Kommutator (Spaltring)?

Ohne ihn würden die Kräfte auf die Spulenseiten die Spule nach einer halben Umdrehung zurückdrücken, und sie würde nur hin- und herschwingen. Der Spaltring kehrt den Strom in der Spule nach jeder halben Umdrehung um, sodass das Drehmoment immer in dieselbe Richtung wirkt und die Spule sich weiterdreht.

Häufige Fehler

Übungsquiz

1. Bei der Linke-Hand-Regel von Fleming zeigt der Daumen:
2. Ein stromdurchflossener Draht spürt die größte Kraft, wenn er in welchem Winkel zum Feld liegt?
3. Welches Teil kehrt in der Spule eines Gleichstrommotors den Strom um?
4. Die Frequenz des Wechselstromnetzes in Indien beträgt:
5. Ein elektrischer Generator wandelt um:

Üben: Beantworte diese selbst

Tippe oder wähle deine Antwort und drücke dann Prüfen. Nutze einen Tipp, wenn du nicht weiterkommst; die ganze Lösung erscheint nach deiner Antwort.

Häufig gestellte Fragen

Was ist die Linke-Hand-Regel von Fleming in einfachen Worten?

Halte Daumen, Zeigefinger und Mittelfinger deiner linken Hand im rechten Winkel zueinander. Zeigefinger in Richtung des Feldes, Mittelfinger in Richtung des Stroms: Der Daumen zeigt dann, in welche Richtung der Draht gedrückt wird.

Gehören Motor, Induktion und Generator zur CBSE-Abschlussprüfung Klasse 10 2026-27?

Nein. In 2026-27 werden sie nur durch formative (schulische) Bewertung geprüft. Die Kraft auf einen Leiter, die Linke-Hand-Regel von Fleming und Wechselstrom gegen Gleichstrom bleiben Teil des Kapitels.

Was ist der Unterschied zwischen der Linke-Hand- und der Rechte-Hand-Regel von Fleming?

Die Linke-Hand-Regel gibt die Richtung der KRAFT auf einen stromdurchflossenen Draht an (Motoren). Die Rechte-Hand-Regel gibt die Richtung des INDUKTIONSSTROMS in einem Draht an, der sich im Feld bewegt (Generatoren).

Wo das unterrichtet wird

Canada (Ontario)Grade 11F. Electricity and Magnetism
Canada (Ontario)Grade 12C. Understanding Physical Development
Canada (Ontario)Grade 12C. Biomechanics and Motor Development
Canada (Ontario)Grade 12D. Electricity and Magnetism
ItalySecondaria di secondo grado – classe 5ª (esame di Stato)Electromagnetism
ItalySecondaria di secondo grado – classe 5ª (esame di Stato)Electromagnetism and modern physics
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IIIMagnetism
PolandLiceum ogólnokształcące, klasa IIIMagnetism
RomaniaClasa a X-aProducing and using alternating current
RomaniaClasa a XI-aElectromagnetic oscillations and waves
RomaniaClasa a XI-aElectromagnetic oscillations and waves
Spain2º BachilleratoElectromagnetic field
Spain2º BachilleratoElectrical and electronic systems
Ukraine9 класElectromagnetic phenomena; electromagnetic oscillations and waves
Ukraine11 класEnergy and power engineering
Ukraine11 класElectrodynamics
Ukraine11 класElectromagnetic oscillations and waves
Ukraine11 класElectrodynamics
Ukraine11 класElectromagnetic oscillations and waves
CBSE (India)Class 10Effects of Current
England (GCSE, A level)Year 114.7 Magnetism and electromagnetism
England (GCSE, A level)Year 133.7 Fields and their consequences
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Magnetism and Electromagnetism
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12Electromagnetic Induction
Japan高校(専門学科)1〜3年Electric Circuits
Japan高校3年Electricity and magnetism
South Korea중학교 2학년Electricity and magnetism
South Korea중학교 3학년Energy conversion and conservation
South Korea고등학교 1학년Environment and energy
South Korea고등학교 2학년Electromagnetic interaction
South Korea고등학교 2학년Electricity and magnetism
South Korea고등학교 3학년Matter and electromagnetic fields
South Korea고등학교 3학년Electromagnetic fields
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 12Electromagnetic induction and oscillations
Russia8 классElectric and magnetic phenomena
Russia8 классElectric and magnetic phenomena
Russia11 классElectromagnetic induction
Russia11 классElectromagnetic oscillations
Russia11 классMagnetic field and electromagnetic induction
Russia11 классOscillations and waves
China九年级(初三)Ch.20 Electricity and magnetism
China高一Compulsory 3 Ch.13 Electromagnetic induction and waves (intro)
China高二Selective 2 Ch.2 Electromagnetic induction
China高二Selective 2 Ch.3 Alternating current

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