Versuch: Induktions - Dosenöffner. Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 25

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1 Versuch: Induktions - Dosenöffner Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 25

2 Der schwebende Supraleiter (idealer Diamagnet) Supraleiter B ind Magnet B Magnet Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 26

3 Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 27

4 Diamagnetische Levitation: Hochfeldlabor Nijmegen erzeugt Magnetfelder von 16T: ( Die mpeg movies finden Sie unter ) Wassertropfen Beispiele verschiedener Diamagneten, die im starken Magnetfeld (16T) schweben. Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus

5 Weiteres Anwendungsbeispiel: Induktionsherd Im Topfboden werden durch das magnetische Wechselfeld elektrische Wirbelströme induziert. Gutes Aufheizen des Topfbodens, wenn das Topfbodenmaterial magnetisch hart ist. Im Kochfeld: Spule in der Wechselstrom ( khz) Fließt, erzeugt magnetisches Wechselfeld. Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 29

6 Selbstinduktion: 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. U ind = L di dt Durch diesen Effekt (= Selbstinduktion) verzögert sich der Stromanstieg beim Einschalten. 3. Schließlich fließt der Strom I 0 = U/R. U L = Induktivität, Einheit 1 Henry 1H = 1Vs/A Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 30

7 Einschaltvorgang mit Spule (Induktivität): I( t) = I ( t /τ e ) 0 1 L (Spule) R U 0 Ausschaltvorgang mit Spule (Induktivität): I( t) = I 0 e t /τ L (Spule) R U 0 Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 31

8 Einschaltvorgang mit Kondensator (Kapazität): U ( /τ e ) ( ) 1 t C t = U0 C R U 0 Ausschaltvorgang mit Kondensator (Kapazität): U C ( t) = U 0 e t /τ C R U 0 Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 32

9 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.) Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 33

10 Wechselstrom: Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 34

11 Der schwingende Dipol (Hertzscher Dipol): Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 35

12 Dipolschwingung: Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 36

13 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

14 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

15 Ursache von E-Feld, B-Feld, em-wellen: Ruhende Ladung: Bewegte Ladung (konstante Geschwindigkeit): E-Feld B-Feld Beschleunigte (insbesondere schwingende) Ladung: em-wellen Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 39

16 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

17 Heinrich Hertz Turm Hamburg Heinrich Hertz ( ) 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

18 Elektromagnetische Wellen: em Wave Applet Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 42

19 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 = mc 2 ) Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 43

20 Sichtbares Licht: 400nm < λ < 700nm Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 44

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