Rechte & linke Hand-Regel

Grafiken folgen noch

Rechte-Hand-Regel

Die Rechte-Hand-Regel (auch Drei-Finger-Regel) ist allgemein eine Hilfestellung um die Orientierung dreier durch das Kreuzprodukt zusammenhängender Vektoren zu bestimmen. Dabei wird die rechte Hand so gehalten, dass Daumen, Zeigefinger und Mittelfinger jeweils einen Winkel von 90° miteinander umschließen. Daumen und Zeigefinger bilden dabei die Vektoren a und b, die eine gemeinsame Ebene bilden. Der Mittelfinger steht senkrecht auf dieser Ebene und repräsentiert das Kreuzprodukt (Vektor c) aus a und b.

${\vec {c}}={\vec {a}}\times {\vec {b}}$

Rechte- und Linke-Hand-Regel bei Magnetfeldern

Rechte Hand

Eine Anwendung der Rechte-Hand-Regel findet sich bei Magnetfeldern. Wenn ein Leiter, durch den Strom fließt, oder freie, sich bewegende, Ladungsträger sich in einem Magnetfeld befinden, wirkt auf sie eine Kraft, durch die die Ladungsträger in ihrer Bewegungsrichtung abgelenkt werden. Diese Kraft wirkt senkrecht zur Bewegungsrichtung der Ladungsträger und senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes.

Die Rechte-Hand-Regel ist in diesem Fall eine Hilfestellung, um sich die Richtung der Kraft zu merken. Der Daumen zeigt hier die Bewegungsrichtung positiv geladener Teilchen an (freie Ladungsträger oder Strom von + nach -), der Zeigefinger repräsentiert die Richtung des Magnetfeldes (von Nord zu Süd) und der Mittelfinger zeigt die Richtung der Kraft, die auf die Ladungsträger wirkt. In diesem Kontext wird auch von der UVW-Regel gesprochen, gemeint sind Ursache (Teilchenbewegung), Vermittlung (Magnetfeldrichtung) und Wirkung (Kraftrichtung).

Die Kraft, die durch ein Magnetfeld auf die geladenen Teilchen wirkt, wird auch Lorentz-Kraft genannt, nach dem Physiker Henrik Lorentz, der sich mit diesem Phänomen befasst hat.

Linke Hand

Die Linke-Hand-Regel ist in der Physik die Gegenspielerin zur Rechte-Hand-Regel. Während sich die Rechte-Hand-Regel auf die Ablenkung positiv geladener Teilchen durch ein Magnetfeld konzentriert, repräsentiert die gleiche Haltung der linken Hand die Wirkung eines Magnetfeldes auf negative Ladungsträger.

Dabei zeigt der Daumen wieder die Richtung der Bewegung der Teilchen an, bei der linken Hand in der Richtung der Stromstärke (- zu +). Der Zeigefinger zeigt die Richtung des magnetischen Feldes (Nord zu Süd) un der Mittelfinger zeigt, in welche Richtung die Lorentzkraft wirkt, also in welche Richtung die geladenen Teilchen abgelenkt werden.

Weitere Handregeln

Rechte-Faust-Regel

Die Rechte-Faust-Regel (teilweise auch Korkenzieherregel oder Rechter-Daumen-Regel) betrifft stromdurchflossene gerade Leiter. Und zwar erzeugen diese durch die Bewegung der geladenen Teilchen im Leiter selbst ein Magnetfeld. Die Kraft dieses Magnetfeldes wird bestimmt durch die Stromstärke und die Richtung des Magnetfeldes ergibt sich aus der Richtung des Stromflusses. Diese Richtung lässt sich mit der Rechte-Faust-Regel leichter merken. Dabei zeigt der Daumen nach oben und repräsentiert die Richtung des Stroms im Leiter (von + nach -). Wenn man die restlichen Finger zu einer lockeren Faust formt, zeigen diese den Umlaufsinn der magnetischen Feldlinien an.

Die Faust der rechten Hand kann auch als Heuristik genutzt werden, um sich die Richtung der Feldlinien bei stromdurchflossenen Spulen zu merken. Dabei zeigen die gekrümmten Finger (ohne Daumen) die Stromrichtung an (+ zu -) und der Daumen zeigt die Richtung des entstehenden Magnetfeldes im Inneren der Spule (Norden an der Daumenspitze, Süden unten am Daumengelenk).

Wie genau stromdurchflossene Leiter ein Magnetfeld erzeugen, beschreibt das Ampèresche Gesetz (Wikipedia, Stand Mai 2024).

Die Magnetfelder in solchen Spulen werden sich unter anderem in der Magnetresonanztomographie (MRT) zunutze gemacht. Die Atomkerne von Wasserstoff haben einen Eigendrehimpuls und sind daher magnetisch. Das bedeutet, man kann die Achse, um die sie sich drehen, durch ein starkes Magnetfeld beeinflussen. Im MRT werden die Wasserstoffkerne in den Molekülen des untersuchten Gewebes erst durch ein statisches (also gleichbleibendes) Magnetfeld ausgerichtet. Dazu kommt ein weiteres Magnetfeld, das nicht statisch ist, sondern hochfrequent an- und ausgeschaltet wird. Dieses zweite Magnetfeld lenkt also die Wasserstoffkerne immer wieder kurzzeitig aus und die Kerne kippen zurück in die Richtung des statischen Magnetfeldes, wenn das zweite ausgeschaltet wird. Wenn die Kerne durch das zweite Magnetfeld abgelenkt werden, spricht man von einer transversalen Magnetisierung, also eine Magnetisierung in eine andere Richtung als die des statischen Magnetfeldes. Dabei ist die Achse der Kerne aber nicht statisch in die Richtung des zweiten Magnetfeldes ausgerichtet, sondern rotiert um die Feldrichtung des statischen Magnetfeldes (Details dazu finden sich unter dem Stichwort Larmorpräzession, z.B. bei Wikipedia, Stand Mai 2024). Diese Rotation bildet selbst ein eigenes Magnetfeld und kann in einer Spule eine elektrische Spannung induzieren. In einem MRT lässt sich also das magnetische Feld dieser Rotation mit einer Messspule feststellen, in der Strom induziert wird. Nach Abschalten des zweiten Magnetfeldes springen die Wasserstoffkerne zurück in die Richtung des statischen Magnetfeldes (Relaxation). Je nach der chemischen Verbindung bzw. der Umgebung, in der sich das Teilchen befindet, brauchen sie dafür unterschiedlich lange, wodurch das Signal an die Messspule variiert und durch Helligkeitsunterschiede im MRT-Bild verschiedene Gewebearten sichtbar machen.