3.3.1 Biot-Savart-Gesetz. 3.3 Quellen des magnetischen Feldes Biot-Savart-Gesetz Biot-Savart-Gesetz Biot-Savart-Gesetz
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- Steffen Messner
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1 3.3 Quellen des gnetischen Feldes Biot-Svt-Gesetz Mgnetfeld eines diffeentiell kleinen Stofdens Mgnetfeld eine Spule Mgnetfeld eines geden Leites Apeesches Gesetz dl db 3 R. Giwidz R. Giwidz Mgnetfeld eine Leiteschleife ) Schleifenittelpunkt B R R. Giwidz 3 R. Giwidz 4 Mgnetfeld eine Leiteschleife b) uf de Mittelsenkechten i Abstnd x: π R B x + R ( x ) 3/ B y B z R. Giwidz 5 R. Giwidz 6
2 3.3 Quellen des Mgnetfeldes Feld eines Keisstoes fü x >> R : > 3/ 3 ( x + R ) x π R Bx 3 x p B x 3 x vgl. elektosttisches Dipoloent R. Giwidz 7 R. Giwidz Quellen des Mgnetfeldes von de Schleife zu Spule R. Giwidz 9 R. Giwidz B x n b + b + R + R B x n b b + R + + R fü sog. "lnge Spule" (d.h. >> R; b >> R): B N n L R. Giwidz Feldessung it Hllsonde R. Giwidz
3 3.3 Quellen des Mgnetfeldes Feld eines geden stoduchflossenen Leites Regel: Sieht n uf die Spulenfläche: dx db sin Θ dx db cosϕ R. Giwidz 3 R. Giwidz 4 dx db cosϕ B sin ( sinϕ + ϕ ) "Tick": ntegtion übe φ Substitution: x * tnϕ dx dq cos ϕ y dx dϕ B ϕ ϕ ( cosϕ) dϕ seh lnge Leite: ϕ π ; π ϕ B π fü lngen geden Leite B sin ( sinϕ + ϕ ) R. Giwidz 5 R. Giwidz Apeesches Gesetz 3.3. Apeesches Gesetz Beispiel: Gede Leite Bdl (i Vkuu) geschlossene Schleife llg. Hds gn. Ulufspnnung B π Bei eine geschlossenen Uluf ist die Wegsue (Linienintegl) de gnetischen Feldstäke gleich de ufssten Sto. R. Giwidz 7 Feldlinienbild R. Giwidz 8
4 3.3. Apeesches Gesetz Beispiel: Lnge Spule 3.3. Apeesches Gesetz Tooidspule L Feldlinienbild R. Giwidz 9 Feldlinienbild R. Giwidz 3.3. Apeesches Gesetz Tooidspule 3.3. Apeesches Gesetz Definition des Apee < < b R. Giwidz R. Giwidz 3.3. Apeesches Gesetz Definition de Stostäke Apee Atoe Keisstöe Dignetisus Pgnetisus Feognetisus 7 N Eichung: * A Zwei gedlinige, seh lnge pllele Leite i Abstnd weden von eine Sto A duchflossen, wenn uf Leite eine Kft von * -7 N wikt. R. Giwidz 3 R. Giwidz 4
5 Mikoskopische gn. Moente weden duch toe Keisstöe ezeugt Eleente Keisstöe in Addition Eleentgnete übe: A Anschuliche Vostellungshilfe: Keisende Elektonen nch de bohschen Atoodel stellen Ringstöe d. Auch it de Elektonenspin ist ein gn. Moent veknüpft, ds klssisch nicht zu ekläen ist. R. Giwidz 5 R. Giwidz 6 Die gn. Flussdichte esultiet us koskopischen und ikoskopischen Anteilen: Def. Mgnetisieung: d M V dv ( Mgn. Moente po Volueneinheit ) Vostellung vo Zusenwiken diffeentielle Mgnetisieungsstöe M ( A ) N N N A L L (nlog zu Spule) llg.: M vo äußeen Feld bhängig: B N + M L ( H M) B + H M χ * H gn. Suszeptibilität R. Giwidz 7 R. Giwidz 8 Den Zusenhng zwischen Feldstäke H und Mgnetisieung M bescheibt die gnetische Suszeptibilität : χ Weitee Bescheibungen - Zusenhng zwischen B und H: AL: Mg: Ti:,3* -5,* -5 7,6* -5 B H H; + χ Cu: -,98* -5 Ag: -,6* -5 Fe: 5 7 Pelloy (55% Fe, 45% Ni): 5 R. Giwidz 9 R. Giwidz 3
6 Dignetisus χ < : Abschwächung des Mgn.feldes Pgnetisus χ > : "Vestäkung" des Mgnetfeldes Vostellung: Atoe Keisstöe weden beeinflusst > Mgnetisieung wikt de äußeen Feld entgegen Vostellung: Ausichtung penente gn. Dipole (siehe Lentzsche Regel) Bi i inho. Feld Kezenfle i inho. Feld R. Giwidz 3 R. Giwidz 3 Pgnetisus Feognetisus χ >> : ( ) goße Vestäkung Enegiebetchtung: E Pot p B Anlog E-Feld: ( E pe E) Pot Vostellung: Ausichtung gnze Doänen ) Ausichtung ist enegetisch günstige b) Pgnete weden in ein (inho.) Feld gezogen - Dignete bgestoßen Pgnetische Stoffe (z. B. Suestoff) wid ins Feld hinein gezogen R. Giwidz 33 Bkhusen-Effekt (kustisch) Mgnetndelodell R. Giwidz 34 Mgnetische Doänen Feognetisus Feognetisus geht obehlb de sog. Cuie-Tepetu (Eisen T c 4 K 73 C) in Pgnetisus übe gnetisiete Ngel wid ehitzt R. Giwidz 35 R. Giwidz 36
7 Hysteese (Mgnetisieung ist uch von de "Vogeschichte" bhängig) Hysteese Ugnetisieung velngt Enegie! Mßstb: B > H B R : Renenzflussdichte; H c : Koezitivfeldstäke R. Giwidz 37 gnetisch weiche Stoffe:, < H c < 3 A/ gnetisch hte Stoffe:, < H c < 3 A/ R. Giwidz 38
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