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Wirkt die Lorentzkraft auf Protonen?

Die Lorentzkraft ist eine Kraft auf geladene Körper, die durch ein Magnetfeld fliegen. Dabei ist es unerheblich, ob es sich dabei um Elektronen, Protonen, Ionen oder schwerere Körper handelt. Anwendungen finden Sie in Teilchenbeschleunigern und Speicherringen.

Die Lorentzkraft wirkt auf alle geladenen Teilchen.
Die Lorentzkraft wirkt auf alle geladenen Teilchen.

Was Sie benötigen:

  • Grundlagen "Elektrizitätslehre"

Lorentzkraft - das versteht die Physik darunter

Die Bezeichnung "Lorentzkraft" für eine elektrodynamische Kraft auf geladene Teilchen geht auf den niederländischen Physiker Hendrik Lorentz zurück. Nach seinen Ergebnissen aus dem Jahr 1895, wirkt auf geladene Körper, die sich mit einer Geschwindigkeit durch ein Magnetfeld bewegen, eine Kraft, die den Körper senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung ablenkt.

  • Als Formel lässt sich dieser Sachverhalt durch F = Q * v * B * sin α ausdrücken. Dabei bedeuten F die Kraft in Newton (N), Q die Ladung des Körpers in Coulomb (C), v die Geschwindigkeit des Körpers in Meter pro Sekund (m/s), B die magnetische Kraftflussdichte in Tesla (T) und α der Winkel zwischen Geschwindigkeit und magnetischer Feldlinie. Bewegt sich das Teilchen in Feldrichtung, tritt keine Kraftwirkung ein (α = 0).
  • Die Lorentzkraft bewirkt, dass Elektronen aus ihrer Bahn abgelenkt werden und im Extremfall auf Kreisbahnen gezwungen werden können. Beide Sachverhalte finden Sie in Teilchenbeschleunigern, beispielsweise zur Strahlstabilisierung sowie in Nachweisgeräten für radioaktive Strahlung wie zum Beispiel einer Nebelkammer. Auch in Hallsensoren, die selbst minimale Magnetfelder detektieren können, kommt der Effekt zur Anwendung.
  • Auch die in einem stromdurchflossenen Leiter fließenden Elektronen erfahren im Magnetfeld eine derartige Kraftwirkung: Der Leiter wird aus dem Magnetfeld gedrückt.

Die Lorentzkraft wirkt auch auf Protonen

Protonen sind die positiv geladenen Teilchen des Atomkerns, die wesentlich leichteren Elektronen bewegen sich im Atom um diese herum. So besteht beispielsweise das Wasserstoffatom aus einem Proton als Kern und einem Elektron in der Atomhülle.

  • Da es sich beim Proton ebenfalls um ein geladenes Teilchen handelt, wirkt auf dieses die Lorentzkraft, wenn es die Bedingungen "Bewegung" sowie "Magnetfeld" erfüllt.
  • Das Proton trägt die gleiche Ladung wie das Elektron, nämlich die Elementarladung e = 1,6 x 10-19 C. Es erfährt gemäß der Formel für die Lorentzkraft also die gleiche Kraft wie das Elektron. Die Ablenkung erfolgt jedoch durch die entgegengesetzte Polarität der Ladung in entgegengesetzter Richtung. 
  • Ebenso wie Elektronen lassen sich auch Protonen auf Kreisbahnen zwingen, beispielsweise in Speicherringen für Forschungszwecke.

Fazit: Die Lorentzkraft wirkt nicht nur auf Elektronen und Protonen, sondern auf alle geladenen Körper. Hierbei kann es sich auch um Ionen oder so kurzlebigen und exotischen Teilchen wie Antiprotonen oder Positronen handeln.

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