Experimentalphysik II TU Dortmund SS2012 Shaukat. TU - Dortmund. de Kapitel 3

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Emma Hofer
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xpeimentaphysik II TU Dotmund SS Shaukat. Khan @ TU - Dotmund. de Kapite 3 Kaft auf ein eadenes Teichen in einem homoenen B-Fed (Fotsetzun) Hie ist das so.

Teichenbescheunie ntdeckun des Positons in de kosmischen Stahun (Ca Andeson 933). Die Teichenspu in eine Nebekamme kümmt sich im B-Fed stäke nach dem Duchan duch die Beipatte.

Geadene Teichen weden -Feden bescheunit, abe i.d.r. B-Feden efüht und fokussiet. Waum?

1 xpeimentaphysik II TU Dotmund SS Shaukat. TU - Dotmund. de Kapite 3 Kaft auf ein eadenes Teichen in einem homoenen B-Fed (Fotsetzun) Hie ist das so. Fadenstahoh ekippt, so dass und B nicht senkecht aufeinande stehen. Die ektonenbahn ist eine Kombination on Keis- und Lineabeweun eine Spiae. Teichenbescheunie ntdeckun des Positons in de kosmischen Stahun (Ca Andeson 933). Die Teichenspu in eine Nebekamme kümmt sich im B-Fed stäke nach dem Duchan duch die Beipatte. Die Fuichtun ist aso on oben nach unten und das Teichen muss positi sein. Aus dem Radius und de Reichweite kann man ausschießen, dass es sich um ein Poton handet. Geadene Teichen weden -Feden bescheunit, abe i.d.r. B-Feden efüht und fokussiet. Waum? Betachte die Loentzkaft fü ein Teichen nahezu Lichteschwindikeit: F e F F B e ec B B B und c c B 3 m Vs s m 3 Um diesebe Kaft wie einem B-Fed on typisch T zu bewiken, benötit man ein -Fed on ca. 3 MV/m, das technisch kaum machba ist. Bei keinee Teicheneschwindikeit (z.b. in einem ektonenmikoskop ode einem Oszioafen) weden auch eektostatische Linsen und Abenkpatten ewendet (Votei: keine manetische "Hysteese" - siehe späte). 8 8 V m

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2 xpeimentaphysik II TU Dotmund SS Shaukat. TU - Dotmund. de Kapite 3 Keisbescheunie a) Betaton - Bescheuniun duch Induktion (wid im nächsten Kapite behandet) b) Zykoton - Manetfed ist konstant, Bahnadius nimmt de Teicheneneie zu - Umaufszeit ist eich de Peiodendaue des bescheunienden eektischen Hochfequenz-Wechsefeds (HF) - wenn de Loenzfakto on abweicht, kann diese Bedinun nu schwe efüt weden (das Zykoton ist eine Maschine fü schwee Teichen bei nicht azu hohe neie) c) Mikoton - Manetfed ist konstant, Bahnadius nimmt de Teicheneneie zu - Umaufszeit ist eich einem anzzahien Viefachen de Peiodendaue des eektischen HF-Wechsefeds - diese Bedinun efodet Geschwindikeiten nahe de Lichteschwindikeit (s. Übunsaufabe) (das Mikoton ist ein Bescheunie fü eatiistische ektonen) d) Synchoton - Manetfed steit de Teicheneneie, Bahnadius beibt konstant - Umaufszeit ist eich einem anzzahien Viefachen de Peiodendaue des eektischen HF-Wechsefeds (das Synchoton ist ein Bescheunie fü eichte und schwee Teichen hohen Geschwindikeiten; es einet sich fü seh oße Maschinen, wei das Manetfed nu entan des Umfans und nicht übe die esamte Fäche benötit wid; nachteii ist, dass nu ein epuste Betieb möich ist) HF HF HF

xpeimentaphysik II TU Dotmund SS Shaukat. Khan @ TU - Dotmund. de Kapite 3 3.5 Das manetische Vektopotenzia Wei die Rotation des -Feds nu ist, kann man ein eektostatisches skaaes Potenzia definieen.

3 xpeimentaphysik II TU Dotmund SS Shaukat. TU - Dotmund. de Kapite Das manetische Vektopotenzia Wei die Rotation des -Feds nu ist, kann man ein eektostatisches skaaes Potenzia definieen. Dies ist fü das B-Fed nicht de Fa, abe: Wei die Dieenz des B-Feds nu ist, kann man ein manetisches Vektopotenzia definieen: B ot A A wei di B A ist. Dies fot aus Reen fü Dieenz und Rotation. Ohne Beweis: die Dieenz de Rotation ist imme nu. Das eektostatische Potenzia ist nicht eindeuti. Man kann eine Funktion addieen, deen Gadient nu ist (aso eine Konstante). Auch das manetische Potenzia ist nicht eindeuti. Man kann ein Fed addieen, dessen Rotation nu ist. Dies ist fü den Gadienten eine skaaen Funktion stets de Fa: B ot ( Af ) Af ot A wei f Das Vektopotenzia wid duch eine "ichbedinun" festeet, z.b. die so. Couomb-ichun: di A A B ot A j da : A j d.h. A x j x Mit de Couomb-ichun eibt sich fü jede Komponente on A und Stomdichte j eine Geichun, die de Poisson-Geichun anao ist. Die so. Loenz-ichun eknüpft das manetische Vektopotenzia dem eektostatischen Potenzia und ist so ewäht, dass die Bescheibun eektomanetische Ween eeinfacht wid (s. späte): di A c t ist. u.s.w Ludi Loenz

4 xpeimentaphysik II TU Dotmund SS Shaukat. TU - Dotmund. de Kapite Das Manetfed as eatiistische ffekt Pattenkondensato konstante Ladun bewet sich in x-richtun konstante Geschwindikeit. Betachte zwei Fäe: ) Patten senkecht zu x, eektisches Fed in x-richtun beibt konstant. ) Patten paae zu x, eektisches Fed in z-richtun wid im Labosystem um öße (Loentz-Kontaktion ehöht die Ladunsdichte). x x z z c (Gößen Stich sind im beweten System emessen) benso wid das Fed eine Punktadun abefacht, wenn sie sich hohe Geschwindikeit bewet. 4

5 xpeimentaphysik II TU Dotmund SS Shaukat. TU - Dotmund. de Kapite 3 5 Betachte nun einen neutaen Daht. Neatie Ladunen beween sich Geschwindikeit, positie Ladunen uhen. Die Ladunsdichten sind im Ruhesystem des Dahts ±. Im Ruhesystem des Dahts ist die neatie Ladunsdichte um ehöht, im Ruhesystem de ektonen ist die positie Ladunsdichte ebenfas um ehöht. c esamt Im Ruhesystem de ektonen ist die Gesamtadunsdichte aso nicht nu. Das eektische Fed des Dahts im Abstand ist demnach (s. fühee Voesun) esamt und c t L t Q I I c (ohne Beweis) Die Kaft auf eine Geschwindikeit bewete Ladun q ist dann B q I q q F B Die Loentzkaft auf eine bewete Ladun in de Umebun eines stomduchfossenen Dahts kann aso as eine Modifikation de Couombkaft aufund de eatiistischen Loentzkontaktion de beweten Ladunseteiun edeutet weden. Manetismus ist aso ein eatiistische ffekt, de sich soa bei den keinen Geschwindikeiten de ektonendift in einem Daht bemekba macht! De Fakto ist winzi (ca. - ), abe die Ladunsdichte po Läne ist seh oß (bei ca. ekton/atom 4 C/m).

6 xpeimentaphysik II TU Dotmund SS Shaukat. TU - Dotmund. de Kapite 3 ektostatik ementae Objekte: positie/neatie Ladunen q Fed: eektisches Fed F e di ot ad Couombsches Gesetz: q e 4 Gaußsches Gesetz: q di da Dipo im eektischen Fed: D p p qd e V Mateie im eektischen Fed: Poaisation P pe, i P V i Hifsfed D: D (die. Veschiebunsdichte) e D Manetostatik ementae Objekte: bewete Ladunen, stationäe Stöme manetische Dipoe p m (Stomscheifen) Fed: manetisches Fed B F e B di B B ot A ot B j Biot-Saatsches Gesetz: ed B( ) I 4 Ampèesches Gesetz: ot B j Bds I S Dipo im manetischen Fed: D p B p I A m Mateie im manetischen Fed: Manetisieun M pm, i M m H V i Hifsfed H: B H (ma. eun, ma, Fedstäke) m 6

xpeimentaphysik II TU Dotmund SS Shaukat. Khan @ TU - Dotmund. de Kapite 3 Voesuche zum Thema "Mateie im manetischen Fed" Die manetische Fedstäke, emessen eine so.

Wenn man den Ken in die Spue einbint, kann man spüen, wie e in die Spue hineinezoen wid.

sich senkecht dazu einstet (unten inks). Stoffe wie Auminium ehaten sich wie auseichtete Dipoe und heißen Paamanete, Stoffe wie Wismut "widesetzen" sich diese Ausichtun.

7 xpeimentaphysik II TU Dotmund SS Shaukat. TU - Dotmund. de Kapite 3 Voesuche zum Thema "Mateie im manetischen Fed" Die manetische Fedstäke, emessen eine so. Ha-Sonde, ist am nde eine stomduchfossenen Spue deutich höhe, wenn sich in de Spue ein isenken statt Luft befindet (echts). Das isen bewikt eine Vestäkun des Feds. Wenn man den Ken in die Spue einbint, kann man spüen, wie e in die Spue hineinezoen wid. In einem Maneten zuespitzten Poen ichtet sich ein an einem Faden aufehäntes Auminiumstäbchen paae zum manetischen Fed aus (wie ein Kompass), wähend ein Stäbchen aus Wismut sich senkecht dazu einstet (unten inks). Stoffe wie Auminium ehaten sich wie auseichtete Dipoe und heißen Paamanete, Stoffe wie Wismut "widesetzen" sich diese Ausichtun. Sie heißen Diamaente. in Pättchen aus Gaphit (Kohenstoff), ebenfas ein Diamanet, schwebt übe eine Anodnun on Pemanentmaneten. Die Manete sind as Quadupo aneodnet (je zwei eenübestehende Nod- und Südpoe), de eine Potenziamude bidet, in de sich das Gaphitpättchen zentiet (unten echts). 7

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