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Rechte-Hand-Regel
Wofür benutzt man die Rechte-Hand-Regel?
Die Rechte-Hand-Regel oder auch Drei-Finger-Regel ist eine Hilfestellung, welche Vektoren innerhalb eines dreidimensionalen Koordinatensystems veranschaulicht. Diese Merkhilfe wird in unterschiedlichen Bereichen der Mathematik und Physik genutzt:
- In der Geometrie zur Orientierung eines Vektors oder Vektorpunktes aus dem Kreuzprodukt eines Koordinatensystems.
- Zur Ermittlung der Richtung des Drehimpulses bei der Rotation von Körpern.
- In der Physik im Kontext von Elektromagnetismus und Elektrotechnik als Ursachen-Vermittlung-Wirkung-Regel (UVW-Regel). Sie wird in diesem Kontext auch als Korkenzieherregel oder Rechte-Faust-Regel beschrieben.
Die Rechte-Hand-Regel in der Physik
Im Feld der Physik kommt die Rechte-Hand-Regel vor allem im Bereich eines Magnetfeldes vor. Immer dann, wenn ein stromdurchflossener Leiter einem Magnetfeld zum Beispiel durch einen Hufeisenmagneten ausgesetzt wird, wird eine Kraft auf diesen Ladungsträger ausgeübt. Die Merkhilfe verdeutlicht die Richtungen, in welche Kräfte auf den Leiter wirken:
Der Daumen zeichnet die Bewegungsrichtung positive geladener Teilchen (Elektronen) in der Stromrichtung von + nach – an. Diese Bewegungsrichtung wird als Spannung (Ampere) bezeichnet.
Der Zeigefinger beschreibt die Richtung der Feldlinien des Magnetfeldes vom Nord- zum Südpol. Mittels der Rechte-Hand-Regel lässt sich so auch die Polarität von Magnetfeldlinien, also ihre Richtung, bestimmen. Die magnetische Flussdichte beschreibt die Stärke dieses Feldes.
Der Mittelfinger zeigt in dieser Konstellation dann die Kraft, die den stromdurchflossenen Ladungsträger beeinflusst, an.
Wichtig ist, dass die drei Finger gemäß der Kraftrichtung senkrecht zueinanderstehen: So wirken die Kräfte des Magnetfeldes stets senkrecht auf den stromdurchflossenen Leiter und parallel dazu senkrecht zur Bewegungsrichtung des Objekts.
Achtung bei der Bewegungsrichtung von Elektronen: Generell wandern elektrisch aufgeladene Teilchen vom Minuspol einer elektrischen Quelle zum Pluspol. Bei der Rechte-Hand-Regel wird allerdings von einer Stromrichtung von + nach – ausgegangen. Das heißt, hier ist die Bewegung genau umgekehrt.
Die Lorentz-Kraft
Der niederländische Physiker Henrik Lorentz hat die Wirkungsweisen, die mit der Drei-Finger- oder Hand-Regel beschrieben wird, eingehend untersucht. Ihm zu ehren wurde die Kraft, die auf den bewegten Ladungsträger innerhalb dieses Aufbaus wirkt, auch Lorentzkraft genannt.
Die Lorentzkraft ist die Kraft, welche einen stromdurchflossenen Leiter innerhalb eines Feldes eines Magneten bewegt. Je nach Flussrichtung des Stromes im Leiter wirkt die Lorentzkraft in unterschiedliche Richtungen.
Linke-Hand-Regel oder Rechte-Hand-Regel: Unterschiede
Im Gegensatz zur Rechte-Hand-Regel wird die Linke-Hand-Regel immer dann eingesetzt, wenn der Fluss der Elektroden (Stromfluss) von + nach – verläuft. Das heißt konkret, dass die Linke-Hand-Regel immer dann eingesetzt wird, wenn man von elektrischem Strom mit negativen Ladungsträgern spricht. Die Rechte-Hand-Regel geht also von positiv geladenen Teilchen, sogenannten Kationen, aus.