Wiederholung: Magnetfeld: Ursache eines Magnetfelds: • bewegte

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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
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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
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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
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Das Erdmagnetfeld
B
I
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Computersimulation des Erdmagnetfelds
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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.
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Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld
Rechte Hand Regel
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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
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Magnetfeld um einen Draht
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Magnetfeld einer langezogenen Spule:
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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
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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
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Versuch Fadenstrahlrohr:
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1. Geschwindigkeit genau senkrecht
zum Magnetfeld:
Kreisbahn
2. Geschwindigkeit schräg zum
Magnetfeld:
Schraubenlinie
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Bedeutung (Beispiele):
“Magnetische Flasche”,
Erdmagnetfeld schützt vor kosmischer Strahlung, Polarlichter
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Erdmagnetfeld
Sonnenwind =
Teilchen (Protonen, Elektronen, He-Kerne)
von der Sonne
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Polarlicht
(Aurora Borealis,
Aurora Australis)
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Polarlicht über der Erde (gesehen vom Space Shuttle Discovery)
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Magnetische Induktion
Worum geht es?
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Magnetischer Fluss (wichtig für Induktion!)
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Induktionsgesetz (Faraday):
Michael Faraday:
1791-1867
Jede
JedeÄnderung
Änderungdes
desmagnetischen
magnetischenFlusses
Flussesdurch
durcheine
eineLeiterschleife,
Leiterschleife,
Induziert
Induziertdarin
darineine
eineelektrische
elektrischeSpannung
SpannungU.
U.
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1. Beispiel:
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∆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.
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∆φ
U =−
N
∆t
2. Beispiel:
Der magnetische Fluss ändert sich, weil sich der Winkel zwischen
Magnetfeld und Fläche ändert,
→ eine Spannung wird induziert.
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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
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Dieser Ring
(mit Unterbrechung)
weicht dem Magneten
nicht aus.
Wegen der Unterbrechung
können keine Wirbelströme
fliessen.
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