Vorlesung 5
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1 Magnetismus Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V5 25.5.2007 2 Magnetische Feldlinien Versuch: Eisenfeilspäne richten sich im Magnetfeld aus Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V5 25.5.2007 3 Beispiele magnetischer Felder (Feldlinien) Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule (Elektromagnet) Permanentmagnet Die magnetischen Feldlinien bilden immer Schleifen! • sie haben keinen Anfang und kein Ende • sie sind immer geschlossen Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V5 25.5.2007 4 Wiederholung: Magnetfeld: Ursache eines Magnetfelds: • bewegte elektrische Ladungen • veränderliches Elektrisches Feld Magnetfeld um stromdurchflossenen Draht N S Magnetfeld um stromführenden Draht der zu einer Schleife gebogen ist B B I Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin I Caren Hagner V5 25.5.2007 5 Magnetfeld um stromführenden Draht der zu einer Schleife gebogen ist Magnetfeld eines Elektrons Ursache: Eigendrehimpuls(Spin) des Elektrons B N S I Drehachse Magnetfeld eines Protons (Neutrons, Atomkerns) N S Drehachse Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V5 25.5.2007 6 Das Erdmagnetfeld B I Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V5 25.5.2007 Computersimulation des Erdmagnetfelds 8 Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V5 25.5.2007 9 Wanderung des magnetischen Nordpols Das Erdmagnetfeld polt sich ca. alle 250.000 Jahre um. Die letzte Umpolung fand allerdings schon vor 780.000 Jahren statt. Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V5 25.5.2007 10 Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld Rechte Hand Regel Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V5 25.5.2007 11 Magnetische Kraftflussdichte B und magnetische Feldstärke H Erdmagnetfeld Stärkste Magnetfelder im Labor Magnetfeld in Atomen Magnetfeld an der Oberfläche eines Neutronensterns Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin ca. 10-4T = 1 G (Gauss) ca. 45T ca. 10T ca. 108T Caren Hagner V5 25.5.2007 12 Magnetfeld um einen Draht Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V5 25.5.2007 13 Magnetfeld einer langezogenen Spule: Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V5 25.5.2007 14 Kraft auf ein geladenes Teilchen im Magnetfeld, Lorentzkraft Magnetfeld in Bildebene hinein x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Rechte Hand Regel Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V5 25.5.2007 15 Bahn eines geladenen Teilchens im Magnetfeld 1. Geschwindigkeit senkrecht zum Magnetfeld: Kreisbahn 2. Geschwindigkeit schräg zum Magnetfeld: Schraubenlinie Magnetfeld in Bildebene hinein x x x x x Geladenes Teilchen (q negativ) x x Fx x x x x v x x + x x x x x x x x x x x Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V5 25.5.2007 Versuch Fadenstrahlrohr: 16 1. Geschwindigkeit genau senkrecht zum Magnetfeld: Kreisbahn 2. Geschwindigkeit schräg zum Magnetfeld: Schraubenlinie Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V5 25.5.2007 17 Wiederholung: Kraft auf ein geladenes Teilchen im Magnetfeld (Lorentzkraft): r r r F = q ⋅v × B Rechte Hand Regel q = Ladung des Teilchens v = Geschwindigkeit des Teilchens B = magnetische Kraftflussdichte Bahn eines geladenen Teilchens im Magnetfeld: a) v senkrecht B: Kreisbahn b) sonst: Schraubenlinie zwischen den Feldlinien + - Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld: r r r F = I ⋅l × B I = Stromstärke l = Länge des Leiters im Magnetfeld B = magnetische Kraftflussdichte Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin I F B Caren Hagner V5 25.5.2007 18 Bedeutung (Beispiele): “Magnetische Flasche”, Erdmagnetfeld schützt vor kosmischer Strahlung, Polarlichter Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V5 25.5.2007 Erdmagnetfeld Sonnenwind = Teilchen (Protonen, Elektronen, He-Kerne) von der Sonne Polarlicht (Aurora Borealis, Aurora Australis) Polarlicht über der Erde (gesehen vom Space Shuttle Discovery) 22 Magnetische Induktion Worum geht es? Experimentalphysik I/II für Studierende der Medizin Caren Hagner V5 25.5.2007
