Kraft auf ein geladenes Teilchen im Magnetfeld (Lorentzkraft):

Transkript

1 Wiederholung: 1 r F r B Kraft auf ein geladenes Teilchen im Magnetfeld (Lorentzkraft): = r q v q = Ladung des Teilchens v = Geschwindigkeit des Teilchens B = magnetische Kraftflussdichte Rechte Hand Regel Bahn eines geladenen Teilchens im Magnetfeld: a) v senkrecht B: Kreisbahn b) sonst: Schraubenlinie zwischen den Feldlinien + - r F r l Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld: = I r B I = Stromstärke l = Länge des Leiters im Magnetfeld B = magnetische Kraftflussdichte F B I

2 Wiederholung (II): 2 Induktion: = φ t N ind Wenn der Magnet bewegt wird, ändert sich der magnetische Fluss Φ in der Spule, eine Spannung wird induziert, die vom Messgerät angezeigt wird. (Je schneller die Bewegung, desto größer die angezeigte Spannung) Lenzsche Regel: Die Die durch durchveränderung magnetischer Flüsse Flüsseerzeugten Induktionsströme fließen fließenderart, dass dassihre ihreeigenen Magnetfelder der derinduktionsursache entgegenwirken

3 3 Beispiel für Induktion: Fahrraddynamo Rad dreht sich, -> Magnet dreht sich, -> Magnetfeld in der Spule ändert sich, -> Spannung wird induziert, Strom fliesst. Magnet Spule Wenn sich das Rad schneller dreht, ist die Änderung des magnetischen Flusses größer, eine größere Spannung wird induziert, die Lampe leuchtet heller! ind = nbaω sin( ωt) Wechselstromgenerator

4 Beispiel für Induktion, Wirbelströme und Lenzsche Regel: Der schwebende Supraleiter 4 Wirbelstrom Supraleiter B ind Magnet B Magnet

5 Selbstinduktion: 5 Schalter S Spule R 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. ind = L di dt Durch diesen Effekt (= Selbstinduktion) verzögert sich der Stromanstieg beim Einschalten. 3. Schließlich fließt der Strom I 0 = /R. L = Induktivität, Einheit 1 Henry 1H = 1Vs/A

6 6 Einschaltvorgang mit Spule (Induktivität): L (Spule) R Ausschaltvorgang mit Spule (Induktivität): L (Spule) R

7 7 Einschaltvorgang mit Kondensator (Kapazität): C R Ausschaltvorgang mit Kondensator (Kapazität): C R

8 Wechselstrom 8 I

9 9 Anwendungsbeispiel für Induktion + Wechselstrom: Der Transformator Spule 1 Spule 2 Eisenkern (geht durch beide Spulen)

10 10 Der Transformator Schaltsymbol

11 Anwendung: Hochspannungsleitung - mspannwerk 11 Transformator in mspannwerk Übertragung elektrischer Leistung P = I mit Hochspannungsleitung. Die Verluste in der Leitung sind P verlust = R I 2. Damit sie klein sind, sollte I klein sein, d.h. die Spannung muss möglichst hoch sein. Deshalb baut man Hochspannungsleitungen für die Übertragung elektrischer Leistung (typisch V) Haushalt P = I 110kV, I klein 230V, I groß Kraftwerk mspanntrafo Überlandleitung mspanntrafo

12 12 Widerstand im Wechselstromkreis: Ohmscher Widerstand: Induktiver Widerstand: Kapazitiver Widerstand:

13 Der elektrische Schwingkreis: 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.)

14 Der schwingende Dipol (Hertzscher Dipol): 14

15 Dipolschwingung: 15

16 Ablösung der elektromagnetischen Wellen vom Dipol 16 Dipolachse KEINE Abstrahlung in Richtung der Dipolachse Maximale Abstrahlung senkrecht zur Dipolachse

17 Tesla Transformator zur Erzeugung hoher Spannungen & em-wellen 17 Extrem hohe Spannung Die 2 Spulen des Tesla Trafos Wechselspannung aus der Steckdose Netzgerät Kondensator Funkenstrecke Bringt man eine Leuchtstoffröhre in die Nähe, leuchtet diese auf (em-wellen!)