Kapitel 10. Dynamische Felder Induktion 10.2 Maxwellgleichungen 10.3 Wellen

Transkript

1 Dynamische Felder.1 Induktion.2 Maxwellgleichungen.3 Wellen

2 Magnetische Induktion A x b

3 Konzepttest a: Induktion (1) Schleifen mit Kantenlängen L bzw. 2L werden mit gleicher Konstanter Geschwindigkeit in homogenes B-Feld geschoben: l Ordnen Sie nach dem Maximalwert des Betrags der induzierten Spannung von hoch nach tief: (1) c = b > d = a (2) c > d = b > a (3) c = d > a = b Lösung: U c =U d >U b =U a [U=l.v.B] Induzierte Spannung länger messbar in c)

4 Konzepttest b: Induktion (2) Kreisförmiger Bereich mit zeitlich abnehmendem, aber homogenen Magnetfeld im orangenen Bereich 4 konzentrische Wege Ordnen sie nach dem höchsten Wert von Eds : (a) d > c > b > a (b) d = c = b = a (c) d = c > b > a c) ist korrekt, wichtig ist mit B durchdrungene Fläche

5 Drehstrom L1 L2 L3

6 Vorteile des Drehstroms 1-Phasen-Wechselstrom 3-Phasen-Drehstrom Leistung variabel Leistung konstant schlecht für Maschine und Belastung des Stromnetzes! gleichbleibendes Drehmoment

7 Tonabnehmer: dynamisches Mikrofon Tauchspulenmikrofon viele andere Mikrofonformen (Kondensator, Piezoeffekt )

8 Tonabnehmer (elektrische Gitarre) Induktion in Spule (gewickelt um Permanentmagnet) durch bewegte metallene Saiten

9 Seismometer zum Selberbauen Kosten rund + Verstärker

10 Seismographen weltweit

11 Lenz sche Regel Induziertes und erzeugendes Feld entgegengerichtet Heinrich Friedrich Emil Lenz ( ) Versuche 61

12 Konzepttest c: Lenz sche Regel (1) Metallring in homogenen Magnetfeld wird erhitzt: dehnt sich in homogenem Magnetfeld aus Strom entgegen Uhrzeigersinn wird induziert. x x x I x x In welche Richtung zeigt ursprüngliches Magnetfeld? (a) in Papierebene hinein? (b) aus Papierebene hinaus?

13 Wirbelstöme - Induktionsherd Hochfrequentes B-Feld induziert Wirbelströme in Oberfläche von Topfboden (0.1mm Skin-Effekt) Ferromagnetisches Material (kein Alu, kein Kupfer!) günstig: mehr Abstrahlung nach oben!

14 Wirbelströme - Bremsen Freifallturm

15 Wirbelströme Ortsfestes Magnetfeld bewegter Leiter Leiterschleife Metallplatte Magnetfeld fest! B-Feld x Kreisstrom in Leiterschleife Am Übergang zum feldfreien Bereich: Wirbelströme!

16 Konzepttest d: Lenz sche Regel (2) Zwei Spulen, aufgewickelt auf Plastikstäben I 1 I 2 In welche Richtung zeigt I 2, falls Y auf X zubewegt wird? (a) In gleiche Richtung wie I 1 (b) entgegengesetzt In welche Richtung zeigt I 2, falls I 1 verringert wird? (a) In gleiche Richtung wie I 1 (b) entgegengesetzt

17 Konzepttest e: Selbstinduktivität 2 gleiche Widerstände R, eine ideale Spule I 1 I 2 Wann ist Strom I 1 > I 2? (a) Kurz nach Schließen von S (b) Lange nach Schließen von S (c) Kurz nach erneutem Öffnen von S

18 Hochstromtransformator

19 Verschiebungsstrom I d Bds

20 Verschiebungsstrom

21 Maxwell sche Gleichungen (1873) James Clerk Maxwell ( )

22 Maxwell-Gleichungen (1) Elektrischer Fluss durch Oberfläche eines Volumens V = elektrische Ladung in seinem Inneren Magnetische Fluss durch Oberfläche eines Volumens V = magnetische Ladung in seinem Inneren (=0, da keine magnetische Monopole)

23 Maxwell-Gleichungen (2) Elektrische Zirkulation über Rand einer Fläche A = negative zeitliche Magnetflussänderung durch Fläche A Magnetische Zirkulation über Rand einer Fläche A = Stromfluss durch Fläche A + zeitliche elektrische Flussänderung über Fläche A

24 Das elektromagnetische Spektrum

25 Konzepttest f: Mikrowellen In welcher Stellung blockieren Drähte Mikrowellenstrahlung? (a) parallel zu E-Feld (b) senkrecht zu E-Feld

26 Wellenleiter.. Lecherleitung (2 Drähte) Hohlraumresonatoren Schumann-Resonanzen Akustische Wellenleitung ( Bose, Ozean) Optische Wellenleiter (später ) Schumann-Resonanz: Blitze Ionosphäre Ionosphäre Stehende Wellen, angeregt durch Blitze (7.5Hz λ=2x 7 m!!)

27 akustischer Wellenleiter (Bose)

28 Rubensches Flammenrohr Flammenrohr

29 Antennen für Licht? Gold und Silbernanoteilchen wirken wie optische Antenne: resonante Abstrahlung von farbigem Licht! Verschiedene Goldpartikelgrößen

30 Stehende Wellen funktioniert mit allen Wellen, auch Licht:

31 Nutzung des Strahlungsdrucks Sonnensegel: Strahlungsdruck erdnah: -5 Pa Druck durch Sonnenwind (Ionen) 00 mal kleiner

32 Kometschweif Sonnenwind und Strahlungsdruck: Schweif zeigt von Sonne weg Staub/Eis Ionen Hale-Bopp

33 Dipolstrahlung

34 Dipol: Poynting Vektor

35 mayday, mayday. Samuel Finley Breese Morse Prof. für Malerei und Bildhauerei Telegrafenleitung (1844, 60 km) Heute natürlich moderner.

36 mayday mayday

37 Nicolas Tesla Tesla-Transformator Funkenstrecke Spannungsversorgung Kondensator Primärspule Sekundärspule Stromkreis wird kurzfristig über Funken geschlossen Grosse Magnetfeldänderung db/dt hohe induzierte Spannung!!

38 burning man festival

39 burning man festival

40 Dr Megavolt

41 Dr. Mega Volt (promovierter Physiker!)

42 Dr Megavolt

43 Kräfte abhängig von System Läufer trägt 2 positive Ladungen F=F el /γ F =F el Blick des Beobachters Blick des Läufers Ruhender Beobachter sieht kleinere Kraft as Läufer!!!! sehr kleiner Effekt

44 Einordnung der Maxwelltheorie Magnetismus Elektrostatik Elektromagnetismus (Maxwelltheorie) schwache WW (Fermitheorie) Gravitations WW (Einstein-Theorie) elektroschwache WW (Glashow-Salam-Weinberg) starke WW (Quanten-Chromo-Dynamik) Große Vereinigung Supergravitation

45 warum nun das schon wieder?