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Aufgabensammlung: Drei-Finger-Regel

Aufgabe 1

Ein Proton bewegt sich in ein Magnetfeld hinein, welches in den Bildschirm hinein gerichtet ist. Wird das Proton nach oben oder nach unten abgelenkt?

Proton im Magnetfeld: Lorentzkraft-Richtung
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Skizze zur Aufgabe 1: Ein Proton bewegt sich nach rechts (Geschwindigkeit v) ins Magnetfeld hinein (B-Feld wirkt in den Bildschirm hinein). Wird das Proton durch Lorentzkraft nach oben oder nach unten abgelnkt?
Lösungen zur 1. Aufgabe
Proton im Magnetfeld: Lorentzkraft-Richtung nach oben
Skizze zur Lösung der Aufgabe 1: Ein Proton bewegt sich nach rechts (Geschwindigkeit v) ins Magnetfeld hinein (B-Feld wirkt in den Bildschirm hinein). Das Proton wird durch Lorentzkraft nach oben abgelenkt.

Aufgabe 2

Ein Neutron bewegt sich in ein Magnetfeld hinein, welches zum Teil aus dem Bildschirm und zum Teil in den Bildschirm hinein gerichtet ist. Wohin wird das Neutron abgelenkt?

Neutron im Magnetfeld: Lorentzkraft-Richtung
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Skizze zur Aufgabe 2: Ein Neutron bewegt sich nach rechts (Geschwindigkeit v) ins unterschiedlich gerichtete Magnetfeld. Wird das Neutron durch Lorentzkraft abgelnkt?
Lösungen zur 2. Aufgabe

Da das Neutron ein neutrales Teilchen ist, trägt es keine elektrische Ladung (q = 0). Damit wirkt keine Lorentzkraft auf das Neutron und es fliegt einfach gerade aus - ganz egal wie komisch das Magnetfeld ist, durch welches das Neutron fliegt.

Neutron im Magnetfeld: keine Lorentzkraft-Ablenkung
Skizze zur Lösung der Aufgabe 2: Ein Neutron bewegt sich nach rechts (Geschwindigkeit v) ins komische Magnetfeld hinein. Das Neutron wird durch Lorentzkraft NICHT abgelenkt!

Aufgabe 3

Du packst eine Leiterschaukel in ein Hufeisenmagnet und lässt durch sie Strom fließen. Wird die Leiterschaukel nach innen oder nach außen abgelenkt?

Dritte Übung zur UVW-Regel
Zur dritten Übung zur UVW-Regel
Lösungen zur 3. Aufgabe

Sobald elektrischer Strom durch die Leiterschaukel fließt, wird sie nach innen abgelenkt.

Lösung 3 zur Drei-Finger-Regel
Lösung 3 zu Drei-Finger-Regel

Aufgabe 4

Du hast vor, einen metallischen Ring - in dem sich frei bewegliche Elektronen befinden - in ein Magnetfeld pendeln zu lassen. Weise jedem eingezeichneten Elektron eine Lorentzkraft-Richtung hinzu!

Vierte Übung zur UVW-Regel
Zur vierten Übung zur UVW-Regel
Lösungen zur 4. Aufgabe

Beim Hineinpendeln ist nur eine Hälfte des metallischen Rings im Magnetfeld, d.g. nur das Elektron, welches im Magnetfeld ist, erfährt eine Lorentzkraft, die kurzzeitig einen Strom gegen den Uhrzeigersinn verursacht. Analog beim Hinauspendeln. Dort fließt jedoch der Strom in entgegengesetzte Richtung. In der Mitte dagegen - heben sich beide Lorentzkräfte auf und es bildet sich kein Strom.

Lösung 4 zur Drei-Finger-Regel
Lösung 4 zu Drei-Finger-Regel

Aufgabe 5

Du bewegst eine Metallstange nach rechts. In welche Richtung wirkt Lorentzkraft auf das Elektron?

Fünfte Übung zur UVW-Regel
Zur fünften Übung zur UVW-Regel
Lösungen zur 5. Aufgabe

Durch das Verschieben der Metallstange nach rechts, wirkt eine Lorentzkraft auf das Elektron, die ihn nach unten ablenkt. Während der Verschiebung entsteht elektrischer Strom.

Lösung 5 zur Drei-Finger-Regel
Lösung 5 zu Drei-Finger-Regel

Aufgabe 6

Du hast eine Leiterschleife, die in die obere Hälfte (dort sind 2 Elektronen eingezeichnet) und die untere Hälfte (dort sind auch 2 Elektronen) unterteilt ist. Du drehst nun diese Leiterschleife so, dass der obere Teil der Leiterschleife in den Bildschirm hinein bewegt wird, während der untere Teil der Schleife dementsprechend aus dem Bildschirm hinaus bewegt wird. Das Magnetfeld verläuft vom Nordpol zum Südpol, also nach unten.

Bestimme für jedes eingezeichnete Elektron die Lorentzkraft-Richtung. Verursacht denn die Drehung einen elektrischen Strom?

Sechste Übung zur UVW-Regel
Zur sechsten Übung zur UVW-Regel
Lösungen zur 6. Aufgabe

Bei diesem Problem verwendest Du die linke Hand, da es sich um bewegte Elektronen handelt.

Betrachte zuerst die obere Hälfte der Leiterschleife. Sie wird ja - laut dem Bild - in den Bildschirm hinein gedreht. Das heißt: ein Elektron, welches im oberen Teil der Leiterschleife sitzt, wird ebenfalls in den Bildschirm hinein bewegt, weshalb Dein Daumen in den Bildschirm hinein reichen muss.
Das Magnetfeld ist nach unten gerichtet, also muss Dein Zeigefinger der linken Hand nach unten zeigen.
Die Lorentzkraft auf die obere Hälfte der Leiterschleife wirkt also - nach rechts!

Während die obere Hälfte der Leiterschleife in den Bildschirm hinein gedreht wird, wird die untere Hälfte deshalb aus dem Bildschirm hinaus gedreht. Damit werden untere 2 Elektronen ebenfalls aus dem Bildschirm hinaus bewegt. Das Magnetfeld zeigt immernoch nach unten.
Daumen hinaus, Zeigefinger nach unten - ergibt eine Lorentzkraft nach links!

Die Lorentzkraft wirkt sowohl bei der unteren als auch bei der oberen Hälfte entlang des Leiters (außer bei den beiden seitlichen Elektronen, die für den Stromfluss jedoch keine Rolle spielen, weil sie ja den Strom nicht behindern). Durch die oben behandelte Drehung der Leiterschleife entsteht also ein elektrischer Strom im Uhrzeigersinn

Lösung 6 zur Drei-Finger-Regel
Lösung 6 zu Drei-Finger-Regel
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