GW Ph RMG Magnetisches und elektrisches Feld

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Magnetisches und elektrisches Feld
Das Magnetfeld
Das elektrische Feld
beschreibt Eigenschaften der Umgebung eines
beschreibt Eigenschaften der Umgebung eines
Magneten. Auch bewegte Ladungen rufen
elektrisch geladenen Körpers. Dort werden auf andere
Magnetfelder hervor. Mithilfe von Feldlinienbilder
geladene Körper Kräfte ausgeübt. Die Feldlinienbilder
können diese veranschaulicht werden.
ermöglichen Aussagen über die Struktur des Felds und
über Kräfte auf geladene Körper im Feld.
N
S
+
●
U-
Die magnetischen Feldlinien sind geschlossene
●
Linien.
●
-
+
-
+
-
+
-
Sie beginnen und enden an Ladungen und sind
daher keine geschlossenen Linien.
Die Richtung der Feldlinien gibt die Richtung der
Kraft auf einen Nordpol an.
Allgemein gilt:
+
●
Die Richtung der Feldlinien gibt die Richtung der
Kraft auf eine positive Probeladung an.
●
Je dichter die Feldlinien liegen, desto stärker ist das jeweilige Feld.
●
Im homogenen Feld verlaufen die Feldlinien parallel und in gleichem Abstand voneinander.
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Ablenkung geladener Teilchen ...
… in Magnetfeldern
… in elektrischen Feldern
In einem homogenen magnetischen Feld wirkt auf bewegte
In homogenen elektrischen Feldern wirkt auf geladene
geladene Teilchen die sog. Lorentzkraft senkrecht zur
Teilchen eine konstante Kraft längs der Feldlinien:
Bewegungsrichtung und senkrecht zur Richtung des
Magnetfelds. (UVW- Regel)
Bewegung längs der Feldlinien:
Die Richtung der Ablenkung hängt vom Vorzeichen der
Geladene Teilchen werden
Ladung ab.
beschleunigt oder
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 x x x x x x x
Bewegung quer zu den Feldlinien:
x x x x x x x x x x x x x x x x
Positiv geladene Teilchen werden in Feldrichtung, negativ
x x x x x x x x x x x x x x x x
geladene Teilchen entgegen der Feldrichtung beschleunigt
x x x x x x x x x x x x x x x x
und damit abgelenkt.
-
-
Magnetfeld aus Blattebene heraus
-
-
+
aber immer geradlinig.
x x x x x x x x x x x x x x x x
-
+
abgebremst, bewegen sich
Magnetfeld in Blattebene hinein
x x x x x x x x x x x x x x x x
+
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
+
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
+
+
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
+
-
-
+
● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●
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Atome
Anregung von Atomen
Natürliche Radioaktivität
Die Elektronenhülle eines Atoms kann nur bestimmte Energieniveaus
In der Natur vorkommende radioaktive Nuklide geben ohne weiteres
annehmen. Beim Übergang des Atoms in einen niedrigeren
Zutun Strahlung ab. Diese wird wie folgt unterschieden:
Energiezustand wird Energie in Form von Lichtquanten abgegeben.
a - Strahlung:
zweifach positiv geladene Heliumkerne:
Beträgt die Energie dieser Photonen zwischen 1,5 eV und 3,3 eV
b - Strahlung:
negative Elementarladungen (Elektronen): b
-
b
+
(Elektronenvolt) kann dies mit dem Auge wahrgenommen werden.
Zu jedem Element gibt es ein typisches Linienspektrum.
He
positive Elematarladung (Positronen):
g - Strahlung:
energiereiche elektromagnetische Strahlung
Anzahl
Energieniveauschema von Wasserstoff
N
13,6
Halbwertszeit
12,8
12,1
2
4
-
Als Halbwertszeit T wird die Zeit bezeichnet,
-
10,2
nach der noch die Hälfte einer Anzahl N
½N
radioaktiver Ausgangskerne vorhanden ist.
0
¼N
Umgekehrt kann das Energieniveau von Elektronen durch Zufuhr von
Energie angehoben werden.
Zeit
T
Nuklide
2T
3T
4T
Kernfusion und -spaltung
Ein Nuklid ist eine durch ihre Massenzahl A (Anzahl der Nukleonen)
Kleine Atomkerne können miteinander zu einem größeren Atomkern
und Ordnungszahl Z (Anzahl der Protonen) festgelegte Atomsorte.
fusioniert werden, große Atomkerne können gespalten werden.
Für die Neutronenzahl N gilt: A = N + Z.
Bei beiden Reaktionen wird Energie frei und es entstehen stabilere
Atomkerne. Die mittlere Bindungsenergie kann über den
Beispie
14
6
C
A = 14 , Z = 6 und N = 14 – 6 = 8
Massendefekt ( Δm = m Edukte − mProdukte ) mit Hilfe folgender
Gleichung bestimmt werden:
ΔE
= Δm·c2
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Darstellung von Bewegungsabläufen
Gleichförmige geradlinige Bewegung
- Der Graph im t-s- Diagramm ist eine Gerade durch
den Ursprung.
(a = const.) gelten die folgenden Gleichungen:
- s ist also direkt proportional zu t: s ~ t.
- Die Steigung dieser Geraden gibt den Wert der
Bewegungsgleichungen
Für gleichmäßig beschleunigte Bewegungen
s(t) = ½ ⋅ a ⋅ t 2 + v0 ⋅ t + s0
0
Geschwindigkeit v an und ist konstant.
v(t) = a ⋅ t + v0
- Die Fläche unter dem Graphen im t-v- Diagramm
v0: Anfangsgeschwindigkeit
besitzt den Wert v · t , was dem Wert der zurück-
s0: Anfangsort
0
gelegten Strecke s entspricht.
Bei beschleunigten Bewegungen wirkt eine Kraft
Gleichmäßig beschleunigte geradlinige Bewegung
auf den Körper:
F=m·a
Beispiel: Schiefe Ebene
0
0
0
Hangabtriebskraft
Kräfteparallelogramm
FH
- Im t-s- Diagramm ist der Graph Teil einer Parabel, also s ~ t2. Die sich gleichmäßig
a
ändernde Steigung gibt den Wert der jeweiligen Geschwindigkeit v an.
- Der Graph im t-v- Diagramm ist eine Gerade durch den Ursprung, also v ~ t.
- Deren Steigung gibt den Wert der Beschleunigung a an und ist konstant.
- Die Fläche unter dem Graphen im t-v- Diagramm besitzt den Wert ½ · v · t , was dem
Wert der zurückgelegten Strecke s entspricht.
- Die Fläche unter dem Graphen im t-a- Diagramm besitzt den Wert a · t , was dem Wert
der jeweiligen Geschwindigkeit v entspricht.
a
FG
FN Normalkraft
(senkrecht zur schiefen Ebene)
Gewichtskraft
Die Kugel wird durch die Hangabtriebskraft
beschleunigt oder abgebremst, je nach
Bewegungsrichtung. Hierbei gilt:
FH = FG · sin α