Felder E 9_01. Magnetische Kräfte auf elektrische Ströme E 9_02

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1 Felder 9_01 Da Magnetfeld eine Magneten oder eine tromführenden Leiter bewirkt eine Kraft auf einen Probemagneten. lektriche Felder Da Feld eine geladenen Körper bewirkt eine Kraft auf eine Probeladung. Feldlinien veranchaulichen Felder und ihre Kraftwirkung. igenchaften von Feldlinien. - Feldlinien chneiden ich nie. - Je dichter die Feldlinien, deto größer it die Kraft in einem Feldbereich. Felder können nergie peichern und wieder abgeben. Magnetiche Kräfte auf elektriche Ströme 9_0 In einem Magnetfeld wirkt auf einen tromdurchfloenen Draht eine Kraft. Je größer die Stromtärke, deto größer die Kraft. Je größer die Länge de Draht im Feld it, deto größer die Kraft. Stehen Feldlinien und Draht enkrecht aufeinander, o it die Kraft am größten. Die Kraftwirkung auf einen tromführenden Leiter wird durch die Linke-Hand-Regel bechrieben. Daumen: lektronenbewegung Zeigefinger: Magnetfeld Mittelfinger: Lorentzkraft Bildquelle: Foku Phyik 9 Cornelen

2 lektromotor 9_03 Im lektromotor wird eine tromführende Spule durch die Lorentzkraft gedreht. Der Polwender orgt für dafür, da die lektronen die Spule in die richtige Richtung durchfließen. Lorentzkraft Die Lorentzkraft bewirkt eine Ablenkung auf frei bewegliche Ladungträger (z.b. im Fadentrahlrohr). Sind die Ladungträger poitiv geladen, verwendet man die Rechte-Hand- Regel Bildquelle: Leifi Induktion 9_04 Während ich die Anzahl der Magnetfeldlinien ändert, die die Querchnittfläche von Drahtwindungen durchetzen, tritt zwichen den Drahtenden eine Induktionpannung auf. U ind Je racher die Änderung erfolgt, deto größer it die Induktionpannung. Ändert ich da Magnetfeld, o pricht man von Induktion im ruhenden Leiter. Bewegt ich die Querchnittfläche oder ändert ich ihre Form, o pricht man von Induktion im bewegten Leiter. Im Generator, der ähnlich wie ein lektromotor aufgebaut it, werden Spule und Magnet o gegeneinander bewegt, da durch Induktion eine Wechelpannung entteht.

3 Tranformator 9_05 Beim Tranformator ruft der Wecheltrom I p in der Primärpule ein magnetiche Wechelfeld im ienkern hervor, da einereit eine Wechelpannung an der Sekundärpule induziert. Im Idealfall gilt: p Up = bzw. U p I = I p p Windungzahl der Primärpule, S Windungzahl der Sekundärpule U p Spannung an der Primärpule, U S Spannung an der Sekundärpule I p Stromtärke in der Primärpule, I S Stromtärke in der Sekundärpule Leitungverlute 9_06 Die Stromtärke in Fernleitungen wird durch Hochtranformieren verringert. Dadurch inkt die Verlutleitung Regel von Lenz P = R I der Leitungen. Induktiontröme ind immer o gerichtet, da ie der Induktionurache entgegen wirken. Beipiel Taucht der Magnet in die Spule ein, o entteht in der Spule durch Induktion ein Magnetfeld, da o augerichtet it, da e den Magneten bremt. v Bildquelle: Leifi S S

4 Bewegungabläufe in Diagrammen M 9_01 Die Abbildung zeigt ein Zeit-Weg-Diagramm und ein dazugehörige Zeit-Gechwindigkeit- Diagramm einer idealiierten Bewegung. Der Verlauf der Graphen gibt Aukunft über den Ort (oben) und die dazugehörige Gechwindigkeit (unten) in 8 verchiedenen Phaen. Bildquelle: Leifi Zuammenhang zwichen Weg und Gechwindigkeit M 9_0 t-x-diagramm Die Durchchnittgechwindigkeit v in einem Zeitintervall t entpricht der x Steigung im t-x-diagramm : v =. Darau folgt: t m Waagrechter Verlauf im t-x-diagramm v = 0 Je größer die Steigung, deto größer die Gechwindigkeit. Fallender Verlauf Rückwärtbewegung Die Steigung nimmt zu bechleunigte Bewegung, v wird größer. Bildquelle: Leifi

5 Zuammenhang zwichen Bechleunigung und Gechwindigkeit M 9_03 t-v-diagramm v Die Bechleunigung a entpricht der Steigung im t-v-diagramm : a = t. m Waagrechter Verlauf im t-v-diagramm a = 0 v it kontant. Je größer die Steigung, deto größer die Bechleunigung. Anteigender Verlauf Die Gechwindigkeit wird größer Fallender Verlauf Die Gechwindigkeit wird kleiner Bildquelle: Leifi Formeln für die Bechreibung von Bewegungen M 9_04 x it der zurückgelegte Weg, v it die Gechwindigkeit zum Zeitpunkt t. Bewegung mit kontanter Gechwindigkeit v 0. x = v0 t Bewegung mit kontanter Bechleunigung a au der Ruhe. 1 v = a t x = a t Bewegung mit kontanter Bechleunigung a mit der Anfanggechwindigkeit v A und der ndgechwindigkeit v. v = a t + v A ; v x = vd t mit A + v v D = Durchchnittgechwindigkeit v D Freier Fall. m a = g = 9,81 v = g t 1 h = g t Fallhöhe h

6 Aufbau der Atome A 9_01 Protonen und eutronen befinden ich im Kern, die lektronen in der Atomhülle Größen Atomradiu Kernradiu 10 1,0 10 m 14 1,0 10 m Ladungen Protonen einfach poitiv geladen +e lektronen einfach negativ geladen -e eutronen ungeladen 19 e it die lementarladung ( 1,6 10 A) Maen Protonen und eutronen haben jeweil etwa die Mae 1u. lektronen ind ca mal leichter. 7 1u ( 1,67 10 kg) it die atomare Maeneinheit. Maenzahl, Ordnungzahl, Iotope A 9_0 Beipiel: 15 7 Sticktoff Ordnungzahl 7 : Da Sticktoffatom hat 7 Protonen. Da ungeladene Atom hat ebeno viele lektronen. Maenzahl 15 : Da Atom hat 15 Kernbauteine (Protonen und eutronen), alo 15-7 = 8 eutronen. Die Mae de Atom beträgt ca. 15u. Die Atome eine lement haben die gleiche Ordnungzahl, können ich aber in der Anzahl der eutronen untercheiden. 14 Beipiel : 7 und 15 7 ind zwei verchiedene Sticktoffiotope mit 7 bzw. 8 eutronen.

7 Aufnahme und Abgabe von nergie A 9_03 Kontinuierliche Spektrum Da Licht der Sonne oder einer Glühbirne beteht au einem kontinuierlichen Spektrum, da alle Spektralfarben von Violett bi Rot enthält. nergieniveau und Linienpektrum lektronen können in der Atomhülle nur dikrete nergieniveau annehmen. Beim Übergang von einem höheren in ein tiefere iveau wird die nergieportion abgegeben. entteht ein Photon mit der nergie und der dazugehörigen Farbe. entteht ein Linienpektrum. Rote Linien haben eine geringere nergieportion, al violette Linien. angeregte nergieniveau Grundniveau Anregungen durch lektronen und Photonen A 9_04 Hüllenelektronen können durch Stoßelektronen oder durch Photonen (Aborption) auf ein höhere nergieniveau gebracht werden. Dabei verlieren die Stoßelektronen die kinetiche nergie, die Photonen müen genau die nergie mitbringen und werden aborbiert.

8 Strahlung radioaktiver Körper A 9_05 Radioaktive Strahlung erreicht un tändig au Boden, Waer, Luft und Weltraum (ulleffekt). Mit Hilfe ihrer Ioniationfähigkeit kann man radioaktive Strahlung, zum Beipiel mit einem Geier-Müller-Zählrohr, nachweien. Man untercheidet zwichen α, β und γ Strahlung. igenchaften α Strahlung β Strahlung γ Strahlung Art (Ladung) Heliumkerne(e) lektronen (-e) Photonen (0) Gechwindigkeit 0,1 c 0,99 c Lichtgechwindigkeit c Wirkung tark ioniierend ioniierend chwach ioniierend Abchirmung Papier einige mm Metall dicke Bleiplatten nttehung Kernzerfall eutronenzerfall nergieübergang im Kern Aktivität und Halbwertzeit A 9_06 Die Aktivität A it die Anzahl der Zerfälle pro Sekunde, die inheit der Aktivität 1 it Becquerel. 1 Bq =. Die Aktivität einer Probe halbiert ich jeweil innerhalb der Halbwertzeit. Vergleicht man die jetzige Aktivität mit der urprünglichen Aktivität, o kann auf da Alter der Probe chließen. (z.b. C14-Methode).

9 Strahlenchutz A 9_07 Radioaktive Strahlung ruft Veränderungen der Körperzellen hervor. Die fünf A de Strahlenchutze: - Abtand halten - Abchirmung - Aufenthaltdauer kurz halten - Aktivität gering halten - Aufnahme in den Körper vermeiden in Maß für die chädigende Wirkung der Radioaktivität it die Äquivalentdoi ( aborbierte nergie pro Kilogramm mal Bewertungfaktor). Sie liegt im Mittel bei ca. 4 msv (Milliievert) pro Jahr, die Hälfte davon tammt von natürlichen Strahlungquellen. Äquivalentdoen in Sv-Bereich führen zu chweren Krankheiten oder dem Tod. Kernumwandlungen A 9_08 Kernfuion Bei einer Kernfuion verchmelzen Atomkerne zu einem Kern. Beipiel: 4 Waertoffatome der Mae 1,00785u, fuionieren im Inneren der Sonne nach mehreren Teilfuionen zu einem Heliumatom der Mae 4,00603u, da um 9 leichter it al die Waertoffatome (Maendefekt m = 0, u = 4, kg 1 m ). Die zugehörige nergie = mc = 4, 8 10 J = 6, 7MeV wird dabei pro Fuion frei. Man kann diee nergie al Bindungenergie auffaen, die notwendig wäre, da Heliumatom in eine 4 Waertoffatome aufzupalten. Kernpaltung in Atomkern wird durch eutronenbechu in mehrere Trümmerkerne und eutronen gepalten Beipiel: 0n + 9U 56Ba + 36Kr + 0n. in eutron paltet ein Uranatom, e enttehen Barium, Krypton owie eutronen. Auch bei der Kernpaltung it die Geamtmae umm kleiner al vorher. Mit dem Maendefekt m kann die nergie = m c berechnen, die dabei gewonnen wird.