E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 19. Vorlesung

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Siegfried Graf
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1 E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 19. Vorlesung Barlow-Rad Heute: Telefon nach Bell - Faradaysches Induktionsgesetz - Lenzsche Regel - LR-Kreis - Wechselstrom - Generator & Elektromotor Prof. Dr. Jan Lipfert Jan.Lipfert@lmu.de Prof. Dr. Jan Lipfert 1

2 PINGO: Magnetische Kräfte und Dipolmomente.. S N Die Abbildung zeigt eine diamagnetische Kugel in der Nähe des Südpols eines Stabmagneten. In welche Richtung zeigen (i) die magnetische Kraft auf die Kugel und (ii) die magnetischen Dipolmomente in der Kugel? Abstimmen unter pingo.upb.de! A) Links, links B) Rechts, rechts C) Links, rechts D) Rechts, links E) Keine der Antworten oben Prof. Dr. Jan Lipfert 2

Materie im Magnetfeld - Wiederholung Ähnlich wie

Materie auch magnetische Felder: Diamagnetismus =

mit ungepaarten Elektronen µ > 1 Para Fero Dia

org/wiki/gasflasche Ferromagnetismus = Stoffe mit

3 Materie im Magnetfeld - Wiederholung Ähnlich wie Dielektrika elektrische Felder ändern, beeinflusst Materie auch magnetische Felder: Diamagnetismus = Stoffe ohne ungepaarte Elektronen µ < 1 Paramagnetismus = Stoffe mit ungepaarten Elektronen µ > 1 Para Fero Dia Ferromagnetismus = Stoffe mit ungepaarten Elektronen, die wechselwirken µ >> 1 4/40/Horseshoe_magnet_by_Zureks.jpg Prof. Dr. Jan Lipfert 3

4 Wiederholung Hysterese & Ferromagnete Ferromagnet: auch wenn Saturierungsmagnetisierungs Neukurve Remanenzmagnetisierung Koerzitivfeld Prof. Dr. Jan Lipfert 4

Wiederholung Supraleitung Supraleiter sind Materialien, deren elektrischer Widerstand beim Unterschreiten der sogenannten Sprungtemperatur (abrupt) auf null fällt.

Hochtemperatur Supraleitung R Nicht supraleitend Meißner-Ochsenfeld-Effekt: Supraleiter verdrängen ein äußeres magnetisches Feld vollständig aus ihrem Inneren (bis zu einer

5 Wiederholung Supraleitung Supraleiter sind Materialien, deren elektrischer Widerstand beim Unterschreiten der sogenannten Sprungtemperatur (abrupt) auf null fällt. 1911: Entdeckung konventionelle Supraleitung (Kamerlingh Onnes) 1933: Entdeckung Meissner-Ochsenfeld Effekt 1957: BCS Theorie (Bardeen-Cooper-Schrieffer) 1986: Entdeckung Hochtemperatur Supraleitung R Nicht supraleitend Meißner-Ochsenfeld-Effekt: Supraleiter verdrängen ein äußeres magnetisches Feld vollständig aus ihrem Inneren (bis zu einer kritischen Feldstärke). Supraleiter sind also nicht nur idealer Leiter, sondern auch idealer Diamagnete. Supraleitend T C T Prof. Dr. Jan Lipfert 5

(Magnetische) Induktion https://de.wikipedia.

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jpg/300px-Turbine_im_Kraftwerk_Staudinger_Gro jpg https://de.

6 (Magnetische) Induktion %C3%9Fkrotzenburg.jpg/300px-Turbine_im_Kraftwerk_Staudinger_Gro %C3%9Fkrotzenburg.jpg Prof. Dr. Jan Lipfert 6

7 Magnetischer Fluss Der magnetische Fluß Φ B lässt sich analog zum elektrischen Fluss definieren: Ebene Fläche: Allgemein: Prof. Dr. Jan Lipfert 7

Das Induktionsgesetz Eine Änderungen des magnetischen Flusses Φ B erzeugt eine Spannung (Induktionsgesetz, Michael Faraday, 1831) https://de.

8 Das Induktionsgesetz Eine Änderungen des magnetischen Flusses Φ B erzeugt eine Spannung (Induktionsgesetz, Michael Faraday, 1831) Michael_Faraday Michael Faraday ( ) Induktion in Spule, Kompassgenerator, Schütteltaschenlampe Prof. Dr. Jan Lipfert 8

9 PINGO: Die Lenzsche Regel Wir lassen einen (kreisförmigen) Permanentmagneten an einem Kupferrohr entlang fallen. Der Magnet... Abstimmen unter pingo.upb.de! A) Bleibt im Rohr stecken / klebt fest. B) Schwebt langsam nach unten. C) Fällt ungehindert durch das Rohr. Magnet um Kupferrohr Prof. Dr. Jan Lipfert 9

10 Die Lenzsche Regel Welche Richtung hat der induzierte Strom? Lenzsche Regel: Der induzierte Strom erzeugt ein Magnetfeld, das dem ursprünglichen Magnetfeld (also dem induzierenden Magnetfeld) entgegenwirkt. Heinrich Friedrich Emil Lenz ( ) Magnet und Aluring Wirbelstrombremse Waltenhofen sches Pendel Prof. Dr. Jan Lipfert 10

Induktivität Induktivität bezeichnet die Eigenschaft eines Leiters (bzw. Spule) aufgrund einer Änderung des elektrischen Stromes ein Magnetfeld aufzubauen, das eben dieser Stromänderung entgegenwirkt.

11 Induktivität Induktivität bezeichnet die Eigenschaft eines Leiters (bzw. Spule) aufgrund einer Änderung des elektrischen Stromes ein Magnetfeld aufzubauen, das eben dieser Stromänderung entgegenwirkt. Joseph_Henry Joseph Henry ( ) Erdinduktor Prof. Dr. Jan Lipfert 11

12 Spule Magnetfeld und Induktivität Zeit t RL-Kreis Prof. Dr. Jan Lipfert 12

Generator - Elektromotor https://de.wikipedia.

org/wiki/ányos_jedlik https://de.wikipedia.org/wiki/windpark 25.06.

13 Generator - Elektromotor Jedlik Motor (1827), Museum of Applied Arts, Budapest Prof. Dr. Jan Lipfert Tesla Model X,

Wechselstrom & Generator https://de.wikipedia.

14 Wechselstrom & Generator Unipolargenerator Der einfachste Motor der Welt Prof. Dr. Jan Lipfert 14

Wechselstromtechnik 1.0 0.5 Voltage U [a.u.] 0.0-0.5 https://de.wikipedia.

15 Wechselstromtechnik Voltage U [a.u.] Netzspannung: 230 V Netzfrequenz: 50 Hz Time t [a.u.] Momentan-Leistung: Gemittelte Leistung: Effektiv-Werte: Prof. Dr. Jan Lipfert 15

16 Wechselstrom & Leitungsverluste Leitungsverluste: Prof. Dr. Jan Lipfert 16

17 AC vs. DC AC = Alternating current = Wechselstrom DC = Direct current = Gleichstrom George_Westinghouse George Westinghouse Erfinder und Industrieller Thomas Elva Edison Erfinder und Industrieller Prof. Dr. Jan Lipfert 17

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