Korkenzieherregel

Ein Strom I, der durch einen geradlinigen Leiter fließt, erzeugt ein Magnetfeld B, dessen Feldlinien kreisförmig um den Leiter herum verlaufen.

Die Korkenzieherregel, alternativ auch Rechte-Faust-Regel, Rechter-Daumen-Regel, Schrauben- oder Umfassungsregel genannt, ist eine Merkregel zur anschaulichen Bestimmung der Richtung des von einem stromdurchflossenen Leiter erzeugten Magnetfelds. Die ebenfalls gebräuchliche Bezeichnung der Korkenzieherregel als Rechte-Hand-Regel dagegen ist nicht eindeutig, da dies auch ein Synonym für die Drei-Finger-Regel der rechten Hand ist.

Zu berücksichtigen ist außerdem, dass zu jeder „Rechte-Faust-“ bzw. „Rechte-Daumen-Regel“ eine komplementäre „Linke-Faust-Regel“ bzw. „Linke-Daumen-Regel“ für die umgekehrte Stromrichtung formuliert werden kann.

Korkenzieherregel, Schraubenregel

Dreht man einen Korkenzieher so, dass er sich in die konventionelle bzw. technische Stromrichtung, dh. vom elektrischen Plus- zum Minuspol, vorwärts schraubt, gibt sein Drehsinn damit die Richtung der durch den Stromfluss erzeugten Magnetfeldlinien an, wobei angenommen wird, dass dieser Drehsinn bei üblichen Korkenziehern stets einer nach rechts, also im Uhrzeigersinn ist.

Analog wird bei Formulierung der Regel als Schraubenregel postuliert, dass, wenn man eine Schraube in konventioneller bzw. technischer Stromrichtung vorwärts schraubt, ihr Drehsinn dabei die Richtung der durch den Stromfluss erzeugten Magnetfeldlinien angibt, wobei auch hier stillschweigend zugrundegelegt wird, dass es sich bei der Schraube um eine mit Rechtsgewinde handelt.

Rechte-Faust-Regel, Rechter-Daumen-Regel, Umfassungsregel

Rechte-Faust-Regel

Wird der Leiter mit der rechten Hand so umfasst, dass der abgespreizte Daumen die konventionelle bzw. technische Stromrichtung, dh. vom elektrischen Plus- zum Minuspol, anzeigt, so zeigen die gekrümmten Finger die Richtung des entstehenden Magnetfeldes an.

Für einen Kreisstrom, z.B. in der Spule eines Elektromagneten (s.u.), gilt dementsprechend:

Wird die Spule mit der rechten Hand so umfasst, dass die Finger in Richtung der technischen Stromrichtung gekrümmt sind, zeigt der abgespreizte Daumen in Richtung des sich bildenden magnetischen Nordpols.

Wie angedeutet, ist die technische Stromrichtung dabei der tatsächlichen Bewegungsrichtung der Leitungselektronen entgegengesetzt. Ersetzt man dagegen in der obigen Formulierung die rechte Hand durch die linke, erhält man damit eine Regel, die der realen Bewegungsrichtung der Elektronen Rechnung trägt - dementsprechend als Linke-Faust- bzw. Linker-Daumen-Regel bezeichnet, setzt diese Regel sich allerdings gegenüber der traditionellen Rechte-Faust- bzw. Rechter-Daumen-Regel nur sehr langsam, namentlich in neueren Quellen , durch.

Grundlage der Regel bildet die Maxwellsche Gleichung ${\mbox{rot}}{\boldsymbol {H}}={\boldsymbol {J}}$ bzw. deren integrale Form

$\oint \limits _{\mathcal {C}}{\vec {H}}\cdot {\text{d}}{\vec {s}}=\int \limits _{\mathcal {A}}{\vec {J}}\cdot {\text{d}}{\vec {a}}$

Richtungsbestimmung der Lorentzkraft

Der Strom in einem Leiter erzeugt um den Leiter ein Magnetfeld, dessen Richtungssinn sich gemäß der Rechte-Faust-Regel wie folgt ergibt: Fließt der Strom in Richtung des Daumens durch den umfassten Leiter, bildet sich um diesen ein Magnetfeld in Richtung der (im Bild oben rechts nach hinten) gekrümmten Finger. Feldlinien gleicher Richtung aber stoßen sich ab, was heißt, dass sich im obigen Beispiel durch den nach links fließenden Strom das B-Feld hinter dem Leiter verstärkt, vor dem Leiter dagegen abschwächt, mithin eine Kraft F nach vorn in Richtung des eingezeichneten Kraft-Vektors (gelb) zu wirken beginnt.

Anwendungen dieses Prinzips sind elektrodynamische Antriebe aller Art:

• Elektromotoren
• Schwingspulen von Lautsprechern
• Galvanometerantriebe, Drehspulmesswerke

Ablenkung elektrisch geladener Teilchen bei Flug durch ein Magnetfeld: q<0: negativ geladen; q=0: elektrisch neutral; q>0 positiv geladen

Aber auch frei durch das Magnetfeld fliegende positive Ladungen (Bild oben links) erfahren eine Kraft in der beschriebenen Richtung, die sie aus ihrer Bahn ablenkt. Negative Ladungen derselben Flugrichtung hingegen erführen eine Kraft nach hinten, also ins Innere des Magneten hinein.

Infolge der Ablenkung ändert sich allerdings auch ständig die Richtung der Lorentzkraft: Sie wirkt stets im rechten Winkel zur Bewegungsrichtung, also als Zentripetalkraft, was dazu führt, dass bewegte Ladungen, die durch ein homogenes Magnetfeld abgelenkt werden, dabei stets eine Kreisbahn beschreiben, anders als z.B. bei Ablenkung durch ein homogenes elektrisches Feld.

Anwendung findet dies bei der magnetischen Ablenkung geladener bewegter Teilchen:

• Ablenkung der Elektronen in der Bildröhre
• Krümmung der Bahn geladener Teilchen in der Nebelkammer
• Ablenkung und vorübergehende berührungsfreie Aufbewahrung von Elementarteilchen, die durch Teilchenbeschleuniger beschleunigt wurden, in magnetisch stabilisierten Speicherringen
• Sortierung von Ionen nach Art bzw. Masse bei der Massenspektrometrie

Bestimmung der Polung eines Elektromagneten

Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule (hier ohne Eisenkern): Nordpol rechts, Südpol links

Ein Elektromagnet besteht aus vielen, gleichsinnig von Strom durchflossenen Leitern in einem offenen Eisenkern. Alle den Wicklungsquerschnitt füllenden Leiter besitzen dabei je ein sie umgebendes Magnetfeld, dessen Feldlinien, da die Stromrichtungen aller Windungen gleich sind, auch sämtlich in dieselbe Richtung verlaufen und sich damit zu einem den gesamten Wicklungsquerschnitt umlaufenden Gesamtfeld summieren. Austrittspunkt dieses Feldes aus dem Eisenkern ist schließlich dasjenige Spulenende, wo sich gemäß der Rechte-Faust-Regel (bzw. bei umgekehrter Stromrichtung gemäß der Linke-Faust-Regel) der magnetische Nordpol des Elektromagneten bildet, Wiedereintrittspunkt der feldlinien in den Eisenkern dasjenige Spulenende, wo sich der magnetische Südpol bildet.

Das sich die Feldlinien jeweils benachbarter Windungen der Spule gegenseitig aufheben, haben diese, sobald ein Strom durch sie fließt, das Bestreben, sich einander anzunähern und andererseits aufgrund der gegenseitigen Abstoßung der parallelen Feldlinien im Inneren der Spule das Lumen (den Innenquerschnitt) der Spule zu vergrößern.

Elektromagnete finden zahlreiche Anwendungen, von Zug- und Haltemagneten über Elektromotoren bis zur Ablenkung von bewegten Elementarteilchen und Ionen in Teilchenbeschleunigern und Massenspektrometern sowie zur medizinischen Diagnostik mit Hilfe der Magnetresonanztomographie.

Siehe auch

• Drei-Finger-Regel
• Magnetismus