Linke-Hand-Regel und Wechselspannung

1) Eine Schülerfrage löst einen Zwiespalt aus.

Bei der Besprechung der Linke-Hand-Regel im Oberstufenkurs kam die Frage auf, was denn wohl passiert, wenn der stromdruchflossene Leiter im Feld eines Hufeisenmagneten an Wechselspannung angeschlossen wird.
Die Schüler vermuteten auch ganz richtig, dass sich der Leiter dann hin- und her bewegen müsste. Sie sagten auch vorher, dass dies bei den 50 Hz der heruntertransformierten Netzwechselspannung aber natürlich viel zu schnell geht, so dass man bestenfalls ein "Zittern" des Leiters würde beobachten können. So ist es auch.

"Kann man denn die Frequenz der Wechselspannung nicht verkleinern und den Effekt dann doch noch beobachten - wenn man als Quelle einen Funktionsgenerator verwendet?"

Dieses Experiment hatte ich mich noch nie getraut zu probieren, obwohl mich diese Frage auch schon umgetrieben hatte.

Diese Frage löste bei mir daher, noch bevor ich den Schülern eine Antwort gab, erst einmal Nachdenken und einen inneren Zwiespalt aus.

Kann denn ein Funktionsgenerator überhaupt so große Stromstärken liefern, dass die Lorentzkräfte reichen den Leiter deutlich sichtbar zu bewegen?
Falls die Stromstärke doch ausreichend sein sollte, würde ich dann nicht den Funktionsgenerator durch Überlastung gefährden oder gar zerstören?

Zwei Seelen rangen in mir:

Als Physiklehrer erhält man sich ja auch Neugier und einen gewissen "Spieltrieb", mich reizte diese Frage selber auch. Ich wollte sie meinen Schülern natürlich möglichst durch ein Experiment beantworten.
Als Sammlungsleiter war mir klar, dass jede Menge Arbeit auf mich zukommen würde, wenn es schief geht. Schließlich hatte ich die Endstufe des Funktionsgenerators schon einmal repariert.

Ich gab dann doch der Neugier und dem Risisko den Vorzug und es hat sich gelohnt!
Es geht nämlich!

2) Das Experiment

Natürlich braucht man einen Funktionsgenerator, der eine gewisse Ausgangsleistung abgeben kann. An der Schule gab es vier Generatoren des dänischen Herstelles IMPO, die von verschiedenen Lehrmittelfirmen vertrieben werden (z.B. Conatex 1011813 oder Urhammer IM 141710).
Dieser Generator kann nicht nur Frequenzen bis 0,1 Hz hinunter erzeugen, sondern auch eine Leistung von 20 W abgeben, der Maximalstrom wird mit 2,5 A angegeben. ( vgl. Datenblatt des Herstellers (PDF-englisch))

Sicher könnte man auch jeden anderen Funktionsgenerator verwenden, der ähnliche Daten hat.

Damit funktioniert der Versuch bei einer Wechselfrequenz zwischen 1 und 10 Hz prima.
Natürlich habe ich aufgepasst, dass ich die Ausgangsspannung des Verstärkers nicht allzu hoch gewählt habe (bis etwa Stellung 2).
So hat der Generator das Experiment schadlos überstanden.

Der Film zeigt das Experiment:

Klaus-Dieter Grüninger, Landesbildungsserver, 2011