Aufgabe Vorschlag A1 - Aufgabe 1 · Abitur Hessen Physik LK 2022

1.1 Skizzieren Sie den Verlauf der magnetischen Feldlinien des linken stromdurchflossenen Leiters in Material 1.

Lösung: Konzentrische Kreise um den Leiter; Pfeilrichtung im Gegenuhrzeigersinn bei Blick von oben (bzw. Richtung gemäß Rechte-Faust-Regel bei Stromfluss von + nach -).

1.1 Untersuchen Sie, ob sich die stromdurchflossenen Leiter gegenseitig anziehen oder abstoßen.

Lösung: anziehen / sie ziehen sich an

1.1 Untersuchung / Begründung der Kraftwirkung

Lösung: Das Magnetfeld des linken Leiters zeigt am Ort des rechten Leiters in die Zeichenebene hinein. Die Elektronen fließen im rechten Leiter nach unten. Die Drei-Finger-Regel der linken Hand ergibt, dass die Lorentzkraft auf die Elektronen im rechten Leiter (und damit auch auf den Leiter selbst) nach links zeigt. Analog ergibt sich eine Kraftwirkung auf die Elektronen im linken Leiter nach rechts. Die Leiter ziehen sich also gegenseitig an.

1.2 Bestätigen Sie durch eine Rechnung, die die Einheiten einbezieht, dass die in Material 1 angegebene Kraft unter den dort angegebenen Rahmenbedingungen tatsächlich den Betrag $2 \cdot 10^{-7}\ \mathrm{N}$ besitzt.

Lösung: $$B = \frac{\mu_0 \cdot I}{2\pi \cdot r} = \frac{\mu_0 \cdot 1\,\mathrm{A}}{2\pi \cdot 1\,\mathrm{m}} = 2\cdot 10^{-7}\,\frac{\mathrm{V\cdot s}}{\mathrm{A\cdot m}} = 2\cdot 10^{-7}\,\mathrm{T}$$ $$F = l \cdot I \cdot B = 1\,\mathrm{m} \cdot 1\,\mathrm{A} \cdot 2\cdot 10^{-7}\,\mathrm{T} = 2\cdot 10^{-7}\,\mathrm{m\cdot A} \cdot \frac{\mathrm{V\cdot s}}{\mathrm{m^2}} = 2\cdot 10^{-7}\,\frac{\mathrm{N\cdot m\cdot s}}{\mathrm{s\cdot m}} = 2\cdot 10^{-7}\,\mathrm{N}$$