Versuch: Induktions
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Versuch: Induktions - Dosenöffner Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 25 Der schwebende Supraleiter (idealer Diamagnet) Supraleiter Bind Magnet B Magnet Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 26 Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 27 Diamagnetische Levitation: Hochfeldlabor Nijmegen erzeugt Magnetfelder von 16T: ( Die mpeg movies finden Sie unter http://www.hfml.ru.nl/levitation-movies.html ) Wassertropfen Beispiele verschiedener „Diamagneten“, die im starken Magnetfeld (16T) schweben. Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus Weiteres Anwendungsbeispiel: Induktionsherd Gutes Aufheizen des Topfbodens, wenn das Topfbodenmaterial magnetisch hart ist. Im Topfboden werden durch das magnetische Wechselfeld elektrische Wirbelströme induziert. Im Kochfeld: Spule in der Wechselstrom (20 - 100 kHz) Fließt, erzeugt magnetisches Wechselfeld. Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 29 Selbstinduktion: Spule R Schalter S U 1. Schalter wird geschlossen: Strom fließt durch die Spule, ein Magnetfeld baut sich auf. 2. Die Magnetfeldänderung in der Spule bewirkt Induktion in der Spule! Eine (Gegen-)Spannung entsteht, nach der Lenzschen Regel bewirkt der induzierte Strom ein Magnetfeld in entgegengesetzter Richtung. U ind dI = −L ⋅ dt L = Induktivität, Einheit 1 Henry 1H = 1Vs/A Durch diesen Effekt (= Selbstinduktion) verzögert sich der Stromanstieg beim Einschalten. 3. Schließlich fließt der Strom I0 = U/R. Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 30 Einschaltvorgang mit Spule (Induktivität): I (t ) = I 0 (1 − e − t /τ ) R L (Spule) U0 Ausschaltvorgang mit Spule (Induktivität): I (t ) = I 0e − t / τ R L (Spule) U0 Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 31 Einschaltvorgang mit Kondensator (Kapazität): U C (t ) = U 0 (1 − e − t /τ ) R C U0 Ausschaltvorgang mit Kondensator (Kapazität): U C (t ) = U 0e − t / τ R C U0 Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 32 Der elektrische Schwingkreis: + - - + 1. Start mit aufgeladenem Kondensator 2. C entlädt sich über L, ein Magnetfeld baut sich auf. 3. Strom fließt weiter, selbst wenn C entladen ist, weil die Selbstinduktion den Stromfluss aufrecht erhalten will. C wird vollständig aufgeladen (umgekehrte Polarität wie bei Beginn). 4. C entlädt sich über L, ein Magnetfeld baut sich auf (umgekehrte Richtung wie bei 2.) Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 33 Wechselstrom: Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 34 Der schwingende Dipol (Hertzscher Dipol): Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 35 Dipolschwingung: Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 36 Ablösung der elektromagnetischen Wellen vom Dipol Dipolachse KEINE Abstrahlung in Richtung der Dipolachse Maximale Abstrahlung senkrecht zur Dipolachse Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 37 Entstehung elektromagnetischer Wellen: em-Strahlung entsteht immer, wenn Ladungen beschleunigt werden Ladungen: schwingen rauf und runter veränderliches E-Feld erzeugt -> veränderliches B-Feld erzeugt -> veränderliches E-Feld -> usw. Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 38 Ursache von E-Feld, B-Feld, em-Wellen: Ruhende Ladung: E-Feld Bewegte Ladung (konstante Geschwindigkeit): B-Feld Beschleunigte (insbesondere schwingende) Ladung: em-Wellen Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 39 Tesla Transformator (historisches Experiment) zur Erzeugung hoher Spannungen & elektromagnetischer Wellen em-Wellen werden abgestrahlt Extrem hohe Spannung Die 2 Spulen des Tesla Trafos Funkenstrecke Wechselspannung aus der Steckdose Bringt man eine Leuchtstoffröhre in die Nähe, leuchtet diese auf (em-Wellen!) Kondensator Netzgerät Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 40 Heinrich Hertz Turm Hamburg Heinrich Hertz (1857-1894) 1887 berühmtes Experiment: erstmaliger Nachweis em-Wellen! (die Existenz von em-Wellen wurde 1873 von James Maxwell vorhergesagt) Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 41 Elektromagnetische Wellen: em Wave Applet Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 42 Die Lichtgeschwindigkeit Im Vakuum: In Materie: Einstein (spezielle Relativitätstheorie): Es gibt keine größere Geschwindigkeit als die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum (daraus folgt z.B. Zeitdilatation und auch E = mc2 ) Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 43 Sichtbares Licht: Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 400nm < λ < 700nm Caren Hagner Magnetismus 44
