Wiederholung: Magnetfeld: Ursache eines Magnetfelds: bewegte elektrische Ladungen veränderliches Elektrisches Feld

Transkript

1 1 Wiederholung: Magnetfeld: Ursache eines Magnetfelds: bewegte elektrische Ladungen veränderliches Elektrisches Feld N S Magnetfeld um stromdurchflossenen Draht Magnetfeld um stromführenden Draht der zu einer Schleife gebogen ist B - B I I

2 Beispiele magnetischer Felder (Feldlinien) 2 Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule (Elektromagnet) Permanentmagnet Die magnetischen Feldlinien bilden immer in Schleifen! sie haben keinen Anfang und kein Ende sie sind immer geschlossen

3 3 Magnetfeld um stromführenden Draht der zu einer Schleife gebogen ist B Magnetfeld eines Elektrons Ursache: Eigendrehimpuls(Spin) des Elektrons N S I Drehachse Magnetfeld eines Protons (Neutrons, Atomkerns) Drehachse N S

4 Das Erdmagnetfeld B 4 I

5 Computersimulation des Erdmagnetfelds 5

6 6

7 7 Wanderung des magnetischen Nordpols Das Erdmagnetfeld polt sich ca. alle Jahre um. Die letzte Umpolung fand allerdings schon vor Jahren statt.

8 8 Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld Rechte Hand Regel

9 Magnetische Kraftflussdichte B und magnetische Feldstärke H 9 Erdmagnetfeld Stärkste Magnetfelder im Labor Magnetfeld in Atomen Magnetfeld an der Oberfläche eines Neutronensterns ca T = 1 G (Gauss) ca. 45T ca. 10T ca T

10 10 Magnetfeld um einen Draht

11 11 Magnetfeld einer langezogenen Spule:

12 12 Kraft auf ein geladenes Teilchen im Magnetfeld, Lorentzkraft Magnetfeld in Bildebene hinein x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x Die Lorentzkraft F steht immer senkrecht zu v, und senkrecht zu B! B α v

13 Bahn eines geladenen Teilchens im Magnetfeld Geschwindigkeit senkrecht zum Magnetfeld: Kreisbahn 2. Geschwindigkeit schräg zum Magnetfeld: Schraubenlinie Magnetfeld in Bildebene hinein x x x x x Geladenes Teilchen (q negativ) v x x F x x x x x + x x x x x x x x x x x x x

14 Versuch Fadenstrahlrohr: 1. Geschwindigkeit genau senkrecht zum Magnetfeld: Kreisbahn Geschwindigkeit schräg zum Magnetfeld: Schraubenlinie

15 Bedeutung (Beispiele): 15 Magnetische Flasche, Erdmagnetfeld schützt vor kosmischer Strahlung, Polarlichter

16 Sonnenwind = Teilchen (Protonen, Elektronen, He-Kerne) von der Sonne Erdmagnetfeld

17 17 Polarlicht (Aurora Borealis, Aurora Australis)

18 18 Polarlicht über der Erde (gesehen vom Space Shuttle Discovery)

19 19 Magnetische Induktion Worum geht es?

20 20 Magnetischer Fluss (wichtig für Induktion!)

21 21 Induktionsgesetz (Faraday): Michael Faraday: Jede JedeÄnderung des des magnetischen Flusses durch durcheine eineleiterschleife, Induziert darin darineine eineelektrische Spannung U. U.

22 1. Beispiel: U = φ t N 22 Der magnetische Fluss ändert sich, weil sich das Magnetfeld ändert, eine Spannung wird induziert. Hier ändert sich das Magnetfeld (Anfangs 0, nach Einschalten B) Hier misst man die Induktionsspannung Schließt man den Schalter, fließt Strom durch die Spule, Deshalb entsteht ein Magnetfeld in der Spule. Das Feldlinien laufen innerhalb des Eisens auch durch die rechte Spule. Dort ändert sich also durch das Einschalten der Eisen magnetische Fluss (von 0 auf B*A in der Zeit t). Deshalb wird in der rechten Spule eine Spannung induziert.

23 2. Beispiel: U = φ t N 23 Der magnetische Fluss ändert sich, weil sich der Winkel zwischen Magnetfeld und Fläche ändert, eine Spannung wird induziert.

24 Lenzsche Regel 24 Die Die durch durchveränderung magnetischer Flüsse Flüsseerzeugten Induktionsströme fließen fließenderart, dass dassihre ihreeigenen Magnetfelder der derinduktionsursache entgegenwirken Kurz: Der induzierte Strom ist immer so gerichtet, dass sein Magnetfeld der Induktionsursache entgegenwirkt Beispiel: Erklärung: Ring spürt stärker werdendes Magnetfeld. Wirbelströme werden induziert. Sie erzeugen ein Magnetfeld, das dem Feld des Magneten entgegen gerichtet ist. -> Ring wird abgestoßen (Ring versucht dem stärkeren Magnetfeld auszuweichen). Magnet bewegt sich auf Ring zu Aluring (nicht magnetisch): Bewegt sich vom Magnet weg Dieser Ring (mit Unterbrechung) weicht dem Magneten nicht aus. Wegen der Unterbrechung können keine Wirbelströme fliessen.