Ideales Gasgesetz

Elektromagnetismus
Permanentmagnetismus
Im Altertum fand man Materialien, die sich auf Schiffchen schwimmend, immer in eine
Richtung orientierten; quasi unter Reibungsfreiheit eine vorgegebene Richtung eingenommen
haben. So hat sich nomenklatorisch entwickelt, dass das zum magnetischen Nordpol
weisende Ende den Namen „Nordpol“ erhält. Da sich aber entgegengesetzte Pole anziehen,
ist damit der magnetische Nordpol physikalisch gesehen ein Südpol. Später werden wir sehen,
dass Physikalisch notwendigerweise sich gegengesetzte Pole anziehen.
Die oben genannten Materialien sind dauerhaft magnetisch, man spricht von
Permanentmagneten.
Manche Materialien werden durch Magneten angezogen. Dies wird durch die sogenannte
magnetische Influenz erklärt.
(Ausführungen zu Permanentmagnetismus und magnetischer Influenz siehe auch:
http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/permanentmagnetismus
http://phet.colorado.edu/en/simulation/faraday)
Magnetische Flussdichte
Magnetfelder werden geeigneter weise durch die sogenannte magnetische Flussdichte
beschrieben.
Die magnetische Flussdichte besitzt sowohl einen Betrag als auch eine Richtung.

Die magnetische Flussdichte B ist somit ein Vektor.
Der Betrag gibt an, wie stark das Magnetfeld ist. Ein starkes Magnetfeld zeichnet sich
dadurch aus, dass auf magnetisierbare Materialien große Kräfte ausgeübt werden oder das auf
stromdurchflossene Leiter ebenfalls starke Kräfte wirken.
Über diese Kräfte auf stromdurchflossene Leiter lässt sich dann auch der Betrag von B genau
formalisieren.
Die Richtung von B kann jedoch unmittelbar definiert werden! Sie entspricht einfacherweise
der eingependelten Position des Nordpols einer Magnetnadel.
Man versucht Magnetfelder durch magnetische Feldlinien zu veranschaulichen.
a) Die Dichte der Feldlinien gibt dabei an, welche Stärke das Magnetfeld hat!

b) Der Verlauf der Feldlinien ist so gestaltet, dass eine Feldlinie stets tangential zu B steht.
c) Feldlinien werden mit Pfeilen versehen. Der Pfeil auf der Feldlinie weist dann in die

entsprechende Richtung von B
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Elektromagnetismus
1820 wurde durch Hans Christian Øersted ein Effekt entdeckt, den wir im Schülerversuch
nachvollziehen werden. Versuche aus Deinen Messungen das Magnetfeld eines geradlinigen
Leiters in Abhängigkeit von der Stromrichtung zu konstruieren!
Regel
a) Um einen geradlinigen Leiter bilden sich Feldlinien in Form von konzentrischen Kreisen,
in deren Zentrum die Leiterachse liegt.
b) Denken wir uns eine Rechtsschraube in technische Stromrichtung fortbewegt, so gibt die
Drehrichtung der Schraube die Pfeilrichtung der magnetischen Feldlinien wieder.
c) Experimentell (Messung der sogenannten Lorentzkraft) kann man zeigen, dass die
magnetische Flussdichte B folgend formalisiert ist:
B  0 I
1
2r
und
I………Stromstärke
r………Abstand vom Leiter
µ0=4π107(N/A2)……...magnetische Feldkonstante im Vakuum (Luft)
Wie vorhin bemerkt, spielt der Betrag der magnetischen Flussdichte dann erstmals bei der
Kraft auf Stromdurchflossene Leiter eine Rolle.
Zum Magnetfeld einer Leiterschleife kann man gelangen, indem man die Schleife in
infinitesimal kleine gerade Stücke zerlegt, die einzeln wie ein gerader
Leiter behandelt werden können. Ihre Wirkungen werden dann
aufsummiert.
Als Ergebnis erhält man dann folgendes Feldlinienbild.
Das Magnetfeld einer Zylinderspule lässt sich durch Aufsummieren
der Felder mehrerer Leiterschleifen darstellen. Somit hat es
nebenstehendes Aussehen
Übrigens üben Magnetfelder auf Magneten ein orientierendes Moment aus, wie wir in einem
Versuch nachvollziehen können!
Das wird auch bei der Kernspintomographie verwendet!
http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/magnetisches-feld-spule/kernspintomographie
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Wie sieht es aber nun mit Kräften auf stromdurchflossene Leiter aus?
Hinweise über die Richtung liefert uns folgende Messung:
Baue aus einer Alufolie, Stativmaterial und 2 Nadeln eine Leiterschaukel. Die Schaukel muss
dabei leicht beweglich sein. Quetsche den Nadelkopf nicht zu sehr zusammen!
Drehe den Drehknopf am 6A Ausgang ganz zurück und schließe nun die Enden der Schaukel
an die Gleichspannung mit dem 6A Ausgang!
Positioniere den Stabmagneten unterhalb der Schleife und beobachte die Richtung des
Schaukelns! Sie ist auch gleichzeitig die Richtung der magnetischen Kraft auf den Leiter.
Führe deine Untersuchungen für die 4 möglichen Fälle, die sich aus den magnetischen
Polaritäten und den Stromrichtungen ergeben, durch!
A
B
C
D
Gib an, ob sich bezogen auf die obige Abbildung eine Kraftrichtung in die Blattebene hinein
oder aus der Blattebene heraus ergibt!
A
B
C
D
Kraftrichtung
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