Natur und Technik für den Pflichtschulabschluss: Lorentzkraft
Wenn wir ein Kabel innerhalb eines Magnetfeldes in einer bestimmte Richtung bewegen, dann sammeln sich die negativen Ladungen (also die beweglichen Elektronen) an einem Rand des Kabels und am anderen Rand bleibt ein Überschuss an (nicht beweglichen) Protonen. Allgemeiner wird auf eine Ladung (positive oder negative und auch außerhalb eines Kabels) eine Kraft (Lorentzkraft genannt) ausgeübt, wenn die Ladung sich innerhalb eines Magnetfeldes bewegt. Wie es immer wieder in Physik der Fall ist, wissen wir nicht warum das so ist. Wir haben einfach das Phänomen beobachtet, quantifiziert und in der Technik angewandt.
Die Lorentzkraft kann man auch mit Hilfe eines Fadenstrahlrohrs beobachten. In diesem Experiment werden Elektronen beschleunigt und bewegen sich dann innerhalb eines Magnetfeldes, dessen "Feldlinien" senkrecht zu ihrer Bewegung ist. Die Elektronen fangen an, sich wegen der Lorentzkraft in Kreis zu bewegen. Sie stoßen dabei die Teilchen des Gases im Rohr. Diese senden dann Licht aus, ähnlich wie bei einem Blitz. Da die Elektronen sich ständig bewegen, dauert aber das Licht nicht nur einen Moment, wie bei einem Blitz, sondern solang die Elektronen sich bewegen. Dadurch kann man einen Lichtkreis im Gas sehen (lila Lichtkreis im Bild). Je stärker das Magnetfeld ist, desto größer wird die Kraft und kleiner der Kreis.