Wiederholung: Magnetfeld: Ursache eines Magnetfelds: • bewegte
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1 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 Biologie und Zahnmedizin I Caren Hagner V5 15.01.2007 2 Beispiele magnetischer Felder (Feldlinien) Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule (Elektromagnet) Permanentmagnet Die magnetischen Feldlinien bilden immer in Schleifen! • sie haben keinen Anfang und kein Ende • sie sind immer geschlossen Experimentalphysik I/II für Studierende der Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V5 15.01.2007 3 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 Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V5 15.01.2007 4 Das Erdmagnetfeld B I Experimentalphysik I/II für Studierende der Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V5 15.01.2007 5 Computersimulation des Erdmagnetfelds Experimentalphysik I/II für Studierende der Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V5 15.01.2007 6 Experimentalphysik I/II für Studierende der Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V5 15.01.2007 7 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 Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V5 15.01.2007 8 Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld Rechte Hand Regel Experimentalphysik I/II für Studierende der Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V5 15.01.2007 9 Magnetische Kraftflussdichte B und magnetische Feldstärke H Erdmagnetfeld Stärkste Magnetfelder im Labor Magnetfeld in Atomen Magnetfeld an der Oberfläche eines Neutronensterns ca. 10-4T = 1 G (Gauss) ca. 45T ca. 10T ca. 108T Experimentalphysik I/II für Studierende der Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V5 15.01.2007 10 Magnetfeld um einen Draht Experimentalphysik I/II für Studierende der Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V5 15.01.2007 11 Magnetfeld einer langezogenen Spule: Experimentalphysik I/II für Studierende der Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V5 15.01.2007 12 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 v Die Lorentzkraft F steht immer senkrecht zu v, und senkrecht zu B! α B Experimentalphysik I/II für Studierende der Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V5 15.01.2007 13 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 Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V5 15.01.2007 Versuch Fadenstrahlrohr: 14 1. Geschwindigkeit genau senkrecht zum Magnetfeld: Kreisbahn 2. Geschwindigkeit schräg zum Magnetfeld: Schraubenlinie Experimentalphysik I/II für Studierende der Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V5 15.01.2007 15 Bedeutung (Beispiele): “Magnetische Flasche”, Erdmagnetfeld schützt vor kosmischer Strahlung, Polarlichter Experimentalphysik I/II für Studierende der Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V5 15.01.2007 Erdmagnetfeld Sonnenwind = Teilchen (Protonen, Elektronen, He-Kerne) von der Sonne 17 Polarlicht (Aurora Borealis, Aurora Australis) Experimentalphysik I/II für Studierende der Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V5 15.01.2007 18 Polarlicht über der Erde (gesehen vom Space Shuttle Discovery) Experimentalphysik I/II für Studierende der Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V5 15.01.2007 19 Magnetische Induktion Worum geht es? Experimentalphysik I/II für Studierende der Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V5 15.01.2007 20 Magnetischer Fluss (wichtig für Induktion!) Experimentalphysik I/II für Studierende der Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V5 15.01.2007 21 Induktionsgesetz (Faraday): Michael Faraday: 1791-1867 Jede JedeÄnderung Änderungdes desmagnetischen magnetischenFlusses Flussesdurch durcheine eineLeiterschleife, Leiterschleife, Induziert Induziertdarin darineine eineelektrische elektrischeSpannung SpannungU. U. Experimentalphysik I/II für Studierende der Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V5 15.01.2007 1. Beispiel: 22 ∆φ U =− N ∆t Der magnetische Fluss ändert sich, weil sich das Magnetfeld ändert, → eine Spannung wird induziert. Hier ändert sich das Magnetfeld (Anfangs 0, nach Einschalten B) Hier misst man die Induktionsspannung Schließt man den Schalter, fließt Strom durch die Spule, Deshalb entsteht ein Magnetfeld in der Spule. Das Feldlinien laufen innerhalb des Eisens auch durch die rechte Spule. Dort ändert sich also durch das Einschalten der Eisen magnetische Fluss (von 0 auf B*A in der Zeit ∆t). Deshalb wird in der rechten Spule eine Spannung induziert. Experimentalphysik I/II für Studierende der Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V5 15.01.2007 23 ∆φ U =− N ∆t 2. Beispiel: Der magnetische Fluss ändert sich, weil sich der Winkel zwischen Magnetfeld und Fläche ändert, → eine Spannung wird induziert. Experimentalphysik I/II für Studierende der Biologie und Zahnmedizin Caren Hagner V5 15.01.2007 24 Lenzsche Regel Die Diedurch durchVeränderung Veränderungmagnetischer magnetischerFlüsse Flüsseerzeugten erzeugtenInduktionsströme Induktionsströme fließen fließenderart, derart,dass dassihre ihreeigenen eigenenMagnetfelder Magnetfelderder derInduktionsursache Induktionsursache entgegenwirken entgegenwirken Kurz: Der induzierte Strom ist immer so gerichtet, dass sein Magnetfeld der Induktionsursache entgegenwirkt Beispiel: Erklärung: Ring spürt stärker werdendes Magnetfeld. Wirbelströme werden induziert. Sie erzeugen ein Magnetfeld, das dem Feld des Magneten entgegen gerichtet ist. -> Ring wird abgestoßen (Ring versucht dem stärkeren Magnetfeld auszuweichen). Magnet bewegt sich auf Ring zu Aluring (nicht magnetisch): Bewegt sich vom Magnet weg Experimentalphysik I/II für Studierende der Biologie und Zahnmedizin Dieser Ring (mit Unterbrechung) weicht dem Magneten nicht aus. Wegen der Unterbrechung können keine Wirbelströme fliessen. Caren Hagner V5 15.01.2007
