Versuch (Leiterschaukel): Ein Metallstab hängt an zwei dünnen, beweglichen Drähten zwischen den Polen eines Magneten und liegt quer zu den Feldlinien. Ohne Strom hängt er senkrecht. Schaltet die Lehrkraft für kurze Zeit einen Strom von einigen Ampere ein, schwingt der Stab aus. Polt man den Strom um, schwingt er zur anderen Seite. Dreht man den Magneten um, ebenfalls. Der Stab bewegt sich weder in Richtung des Stroms noch in Richtung der Feldlinien, sondern quer zu beiden.

Auf den Leiter wirkt also eine Kraft. Sie heißt Lorentzkraft. Allgemein ist die Lorentzkraft die Kraft, die ein Magnetfeld auf bewegte elektrische Ladungen ausübt. Im Draht sind das die bewegten Elektronen, und sie übertragen die Kraft auf den ganzen Draht. Ohne Strom gibt es keine bewegten Ladungen und keine Kraft. Den Versuch macht die Lehrkraft, denn mehrere Ampere erhitzen den Draht schnell.

Die Richtung der Kraft findest du mit der Dreifingerregel der rechten Hand. Strecke Daumen, Zeigefinger und Mittelfinger rechtwinklig voneinander ab:

• Daumen: technische Stromrichtung (Ursache)
• Zeigefinger: Richtung des Magnetfelds, vom Nord- zum Südpol (Vermittlung)
• Mittelfinger: Richtung der Kraft (Wirkung)

Die Regel gilt, wenn der Strom senkrecht zu den Feldlinien fließt. Verläuft der Draht parallel zu den Feldlinien, wirkt keine Kraft. Steht er schräg, wirkt sie schwächer. Manche Bücher nutzen die linke Hand mit der Bewegungsrichtung der Elektronen. Das Ergebnis ist dasselbe.

Misst man die Kraft bei verschiedenen Einstellungen, zeigt sich: Sie ist größer, wenn

• die Stromstärke größer ist,
• das Magnetfeld stärker ist,
• ein längeres Stück des Leiters im Magnetfeld liegt.

Die Kraft ist proportional zu jeder dieser drei Größen: Verdoppelst du eine und lässt die anderen gleich, verdoppelt sich die Kraft. Das Maß für die Stärke des Magnetfelds heißt Flussdichte $B$ (Einheit Tesla, T). Je größer sie ist, desto dichter laufen die Feldlinien. Für einen Draht der Länge $l$ senkrecht zum Feld gilt also $F \sim I \cdot B \cdot l$.

Im Elektromotor wird elektrische Energie in Bewegungsenergie umgewandelt. Beim Gleichstrommotor hängt eine drehbare Leiterschleife an einer Achse zwischen den Polen eines Magneten. In einem Draht der Schleife fließt der Strom hin, im gegenüberliegenden zurück. Deshalb wirken auf beide Drähte entgegengesetzte Kräfte: Die eine Seite wird nach oben gedrückt, die andere nach unten. Die Schleife dreht sich.

Erreicht die Schleife die Stellung quer zu den Feldlinien, zeigen die Kräfte nur noch nach außen oder nach innen und drehen nicht mehr. Ohne Hilfe würde die Schleife hin und her schwingen und stehen bleiben. Das verhindert der Stromwender (Kommutator): Zwei Halbringe sind an den Enden der Schleife befestigt, und feste Kontakte, meist Kohlebürsten, schleifen auf ihnen und führen den Strom zu. Genau in dieser Stellung wechseln die Halbringe die Kontakte, und der Strom in der Schleife kehrt seine Richtung um. Die Kräfte treiben die Schleife danach weiter in dieselbe Richtung.

Technische Motoren haben Spulen mit vielen Windungen auf einem Eisenkern. Das gibt mehr Kraft und gleichmäßigeres Drehen. Kehrt man genau eines von beiden um, Stromrichtung oder Magnetpole, dreht sich der Motor andersherum.