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Lenzsches Gesetz

Mithilfe des lenzschen Gesetzes kann man vorhersagen, wie der bei Induktionsvorgängen entstehende elektrische Strom gerichtet ist. Es gilt:
Die induzierten Ströme sind stets so gerichtet, dass sie der Ursache ihrer Entstehung entgegenwirken.

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Hendrik Antoon Lorentz

* 18.07.1853 Arnheim
† 04.02.1928 Haarlem
Er war ein bedeutender und vielseitiger niederländischer Physiker, der u.a. eine Elektronentheorie der Elektrizitätsleitung formulierte, wichtige Vorleistungen für die Entwicklung der speziellen Relativitätstheorie erbrachte und genauer die Kraft auf bewegte Ladungsträger in magnetischen Feldern (LORENTZ-Kraft) untersuchte.

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Lorentzkraft

Auf alle geladenen Teilchen oder Körper, die sich in einem magnetischen Feld bewegen, wirkt eine Kraft. Diese Kraft bezeichnet man nach dem niederländischen Physiker HENDRIK LORENTZ (1853-1928), der sie gegen Ende des 19. Jahrhunderts näher untersucht hat, als Lorentzkraft.

Berechnungen zur Lorentzkraft sind mitunter recht kompliziert, weil die Lorentzkraft als vektorielle Größe sowohl von der Bewegungsrichtung und dem Betrag der Teilchengeschwindigkeit als auch von der Größe und Richtung des Magnetfeldes abhängt.
Für den Sonderfall, dass Bewegungsrichtung und magnetische Feldlinien senkrecht zueinander stehen, kann man den Betrag der Lorentzkraft relativ einfach experimentell untersuchen und berechnen.

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Rechte-Hand-Regel

Befindet sich ein stromdurchflossener Leiter in einem Magnetfeld oder bewegen sich freie Ladungsträger in einem solchen Magnetfeld, so wird auf sie eine Kraft ausgeübt. Es gilt:
Auf bewegte Ladungsträger wirkt in einem Magnetfeld eine Kraft senkrecht zu ihrer Bewegungsrichtung und senkrecht zur Richtung des magnetischen Feldes. Der Zusammenhang zwischen diesen Richtungen wird genauer durch die Rechte-Hand-Regel erfasst, die manchmal auch als UVW-Regel bezeichnet wird.

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Räumliches Koordinatensystem

Koordinatensysteme sind unentbehrliche Hilfsmittel, wenn man geometrische Probleme mit rechnerischen Mitteln lösen will oder umgekehrt die Resultate geometrisch interpretieren möchte, die sich bei der Behandlung bestimmter Probleme mit rechnerischen Methoden ergeben haben.
Am gebräuchlichsten ist das auf (RENÉ DESCARTES zurückgehende) kartesische Koordinatensystem.

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Grundgesetz der Dynamik der Rotation

Bei der Translation gilt zwischen der Kraft F, der Masse m und der Beschleunigung a der grundlegende Zusammenhang F → = m ⋅ a → , das newtonsche Grundgesetz. Es wird auch als Grundgesetz der Dynamik der Translation bezeichnet. Für die Rotation starrer Körper gibt es ein analoges Gesetz, das Grundgesetz der Dynamik der Rotation. Es lautet:
Für den Zusammenhang zwischen dem an einem Körper angreifenden Drehmoment, seinem Trägheitsmoment und der Winkelbeschleunigung gilt die Gleichung:
M → = J ⋅ α → M Drehmoment J Trägheitsmoment α Winkelbeschleunigung

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Geladene Teilchen in magnetischen Feldern

Geladene Teilchen (Elektronen, Protonen, Ionen) können sich in magnetischen Feldern bewegen und werden durch diese beeinflusst. Ursache dafür ist die LORENTZ-Kraft, die auf bewegte Ladungsträger in magnetischen Feldern wirkt und die mit der Gleichung F → L = Q ⋅   ( v → × B → ) berechnet werden kann.
Je nach der Bewegungsrichtung der Teilchen kann die LORENTZ-Kraft zu einer kreisförmigen oder einer spiralförmigen Bewegung der geladenen Teilchen führen. Bewegen sich die Teilchen parallel zu den Feldlinien des Magnetfeldes und damit in der Richtung, die die magnetische Flussdichte B hat, dann erfolgt keine Beeinflussung. In homogenen magnetischen Feldern kann die Bewegung der geladenen Teilchen relativ einfach beschrieben werden.

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Lenzsches Gesetz

HEINRICH FRIEDRICH EMIL LENZ (1804-1865) entdeckte 1833 bei seinen Untersuchungen zum elektrischen Strom und zu der von MICHAEL FARADAY (1791-1867) erforschten elektromagnetischen Induktion, dass die Richtung des Induktionsstromes nicht zufällig ist. Sie steht vielmehr in ursächlichem Zusammenhang mit der jeweiligen Ursache für das Entstehen einer Induktionsspannung. Es gilt:

Der Induktionsstrom ist stets so gerichtet, dass er der Ursache seiner Entstehung entgegenwirkt.

Dieses Gesetz, das nichts anderes ist als der Energieerhaltungssatz für die elektromagnetische Induktion ist, wird nach seinem Entdecker als lenzsches Gesetz oder lenzsche Regel bezeichnet.

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Hendrik Antoon Lorentz

* 18.07.1853 in Arnheim
† 04.02.1928 in Haarlem

Er war ein bedeutender und vielseitiger niederländischer Physiker, der u.a. eine Elektronentheorie der Elektrizitätsleitung formulierte, wichtige Vorleistungen für die Entwicklung der speziellen Relativitätstheorie erbrachte und genauer die Kraft auf bewegte Ladungsträger in magnetischen Feldern (LORENTZ-Kraft) untersuchte.

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Magnetische Flaschen und magnetische Linsen

Geladene Teilchen, die sich in einem Magnetfeld bewegen, werden durch dieses Magnetfeld aufgrund der dann wirkenden LORENTZ-Kraft beeinflusst. Unter geeigneten Bedingungen bilden die geladenen Teilchen geschlossene Bahnen, werden also durch das Magnetfeld in einem bestimmten Raumbereich gehalten. Man spricht dann von einer magnetischen Flasche.
Die Beeinflussung von bewegten geladenen Teilchen durch Magnetfelder kann auch genutzt werden, um Anordnungen zu schaffen, die auf Elektronen oder andere geladene Teilchen ähnlich wie eine optische Linse wirken. Man spricht dann von einer magnetischen Linse, die z.B. bei Elektronenmikroskopen oder Fernsehbildröhren angewendet wird.

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