E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 18. Vorlesung

Ähnliche Dokumente
E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 18. Vorlesung

E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 19. Vorlesung

E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 17. Vorlesung

E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 16. Vorlesung

E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 20. Vorlesung

E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 17. Vorlesung

E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 20. Vorlesung

15.Magnetostatik, 16. Induktionsgesetz

III Elektrizität und Magnetismus

3.6 Materie im Magnetfeld

PN 2 Einführung in die Experimentalphysik für Chemiker

Materie im Magnetfeld

PD Para- und Diamagnetismus

3.5. Materie im Magnetfeld. Exp. 36: Dipol im Magnetfeld. Exp. 25b Magnetisierung eines Stahldrahtes Magnetisches Moment

20. Vorlesung EP. III Elektrizität und Magnetismus. 19. Magnetische Felder Fortsetzung: Materie im Magnetfeld 20. Induktion 21.

E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 15. Vorlesung

1.10 Elektromagnetische Induktion

Inhalt. Kapitel 4: Magnetisches Feld

Vorlesung 5: Magnetische Induktion

Magnetismus. Prof. DI Michael Steiner

Das magnetische Feld

ELEKTRIZITÄT & MAGNETISMUS

Magnetismus der Materie. Bernd Fercher David Schweiger

Atom-, Molekül- und Festkörperphysik

erzeugen elektrische Kreisströme magnetische Dipolmomente

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

Elektrizitätslehre und Magnetismus

Heute: Magnetismus. Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät. Abteilung Anorganische Festkörperchemie. Prof. Dr. Martin Köckerling.

Anorganische Chemie II

Magnetismus. Permanentmagnet (mikroskopische Ursache: Eigendrehimpuls = Spin der Elektronen)

E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 15. Vorlesung

Magnetische Suszeptibilität: Magnetismusarten

E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 21. Vorlesung

3 Magnetismus. 2 magnetische Pole: Nord (zeigt nach S) und Süd (zeigt nach N); Feldlinien laufen von N nach S

Ferienkurs Experimentalphysik 2

O. Sternal, V. Hankele. 4. Magnetismus

4 Induktion. Worum geht es? Ein veränderliches Magnetfeld (allgemein Änderung von Φ B ) in der Spule,

3. Magnetostatik 3.1. Permanentmagnete

Magnetismus. Prinzip: Kein Monopol nur Dipole. Kräfte:

E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 22. Vorlesung

Vorkurs Physik des MINT-Kollegs

Magnetisches Feld. Grunderscheinungen Magnetismus - Dauermagnete

E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 13. Vorlesung

Magnetismus. Permanentmagnet (mikroskopische Ursache: Eigendrehimpuls = Spin der Elektronen)

Wechselstromwiderstände (Impedanzen) Parallel- und Reihenschaltungen. RGes = R1 + R2 LGes = L1 + L2

E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 14. Vorlesung

Demonstration der "Elektronenreibung" in Metallen

An welche Stichwörter von der letzten Vorlesung

Magnetisches Induktionsgesetz

18. Magnetismus in Materie

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

Magnetismus. Prinzip: Kein Monopol nur Dipole. Kräfte:

Experimentalphysik 2

12. Elektrodynamik. 12. Elektrodynamik

Magnetisierung der Materie

E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 23. Vorlesung

Ladungsfluss durch geschlossene Fläche = zeitliche Änderung der Ladung im Volumen 4.2 Elektrischer Widerstand

Klausur und Vorlesungsbeginn Januar 2010

316 - Magnetfeldmessungen

Grundlagen der Elektrotechnik 1

3.7 Gesetz von Biot-Savart und Ampèresches Gesetz [P]

Basiswissen Physik Jahrgangsstufe (G9)

Kapitel 9. Magnetostatik. 9.1 Feldstärke 9.2 Kraft auf Leiter 9.3 Felder durch Ströme 9.4 Materie im Magnetfeld

Kraft auf ein geladenes Teilchen im Magnetfeld (Lorentzkraft):

4.4 Induktion. Bisher: Strom durch einen Draht Magnetfeld Jetzt: zeitlich veränderliches Magnetfeld Strom

Magnetismus - Einführung

Magnetismus. 3.1 Grunderscheinungen in Experimenten. 3.2 Lorentzkraft, Kraft auf bewegte Ladungen. 3.3 Quellen des magnetischen Feldes

Vorlesung nach Tipler, Gerthsen, Alonso-Finn, Halliday Skript:

Zusammenfassung v13 vom 20. Juni 2013

Physik II für Bauingenieure. Vorlesung 03 (08. Mai 2007)

Ferienkurs Experimentalphysik II Elektrodynamik. Magnetostatik. 12. September 2011 Michael Mittermair

Vorlesung Physik für Pharmazeuten PPh - 09 b

Versuch: Induktions - Dosenöffner. Experimentalphysik I/II für Mediziner: Sommersemester 2010 Caren Hagner Magnetismus 25

Versuchsvorbereitung P1-80: Magnetfeldmessung

Dia- und Paramagnetismus. Brandner Hannes Schlatter Nicola

5 t % = 0, j = 0 entstehen. Für diese gelten die Gleichungen E = % 0. E = 0 Eds = 0 (5.2) B = 0 Bd A = 0 (5.3) j Bds = µ 0 I (5.

Ferromagnetische Hysterese Versuch P1-83,84

11. Elektrodynamik Magnetische Kraft auf Stromleiter Quellen von Magnetfeldern. 11. Elektrodynamik. Physik für E-Techniker

12. Elektrodynamik Quellen von Magnetfeldern 12.2 Das Ampere sche Gesetz 12.3 Magnetische Induktion 12.4 Lenz sche Regel 12.5 Magnetische Kraft

E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 12. Vorlesung

Othmar Marti Experimentelle Physik Universität Ulm

Kehrt man die Bewegungsrichtung des Leiters um, dann ändert sich die Polung der Spannung.

Aufbau von Atomen Anzahl der Protonen = Anzahl der Elektronen

in Molekülen: möglicherweise unterschiedliche Polarisierbarkeiten in verschiedenen Richtungen p = ᾱ E

15. Magnetische Eigenschaften der Festkörper

4.10 Induktion. [23] Michael Faraday. Gedankenexperiment:

Magnetische Eigenschaften von Materie

5.1 Statische und zeitlich veränderliche

Vorlesung nach Tipler, Gerthsen, Alonso-Finn, Halliday Skript:

Magnetische Pigmente. Jonas Berg & Michael Luksin

Das stationäre Magnetfeld Grundlagen der Elektrotechnik Kapitel 1 Kapitel 5 Das stationäre Magnetfeld

was besagt das Induktionsgesetz? was besagt die Lenzsche Regel?

Physik für Ingenieure

Elektrizität und Magnetismus

Höhere Experimentalphysik 1

Dia- und Paramagnetismus

Institut für Elektrotechnik Übungen zu Elektrotechnik I Version 3.0, 02/2002 Laborunterlagen

Ferienkurs Experimentalphysik Übung 4 - Musterlösung

Elektrizitätslehre und Magnetismus

Experimentalphysik 2

Transkript:

E2: Wärmelehre und Elektromagnetismus 18. Vorlesung 21.06.2018 Barlow-Rad Heute: Telefon nach Bell - Materie im Magnetfeld: Dia-, Para-, Ferromagnetismus - Supraleitung - Faradaysches Induktionsgesetz - Lenzsche Regel 21.06.2018 https://xkcd.com/1949/ Prof. Dr. Jan Lipfert Jan.Lipfert@lmu.de Prof. Dr. Jan Lipfert 1

Evaluation der Veranstaltung Danke! Sie können den Evaluationsbogen auf Deutsch (oder Englisch) ausfüllen! Platz für Bemerkungen zu Vorlesung & Übung E2/E2p Wärmelehre und Elektromagnetismus Prof. Jan Lipfert! Namen des/der Tutors/-in! Fragen zur Vorlesung Mich würde insbesondere interessieren: - PINGO in der Vorlesung: gut/schlecht/behalten/weglassen/was kann besser? - Sollte es auch in den Tutorien PINGO Fragen geben? - Sollte die Veranstaltung gefilmt werden? Fragen zur Übung - Vorlesungfolien bzw. -anschrift am besten: komplett per Hand (Tafel) / Powerpoint + Handschriftliche Ergänzungen / komplett getippt? 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 2

Wiederholung: Konsequenzen der Kraft auf bewegte Ladungen im Magnetfeld Kraft auf Stromdurchflossener Leiter in Magnetfeld - + F~ ges = I( L ~ B) ~ Kräfte zwischen zwei Leitern Feld von 2 bei 1 Paralleler Strom: In die Tafel Antiparalleler Strom: Aus der Tafel Feld von 2 bei 1 - Draht 1: Draht 2: Feld von 1 bei 2 Feld von 1 bei 2 + https://en.wikipedia.org/wiki/magnetic_field 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 3

Wiederholung: Hall Effekt Elektronen im stromdurchflossener Leiter in Magnetfeld erfahren eine Kraft: U Hall = 1 en I B d U Hall = Hallspannung I = Strom B = Magnetfeld d = Dicke der Probe e = Ladung der Ladungsträger n = Dichte der Ladungsträger https://en.wikipedia.org/wiki/ Edwin_Hall Edwin Hall (1855-1938) https://de.wikipedia.org/wiki/datei:hall_effect.png 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 4

Wiederholung: Elektrischer Strom als Ursache des Magnetfelds Bewegte elektrische Ladungen (Ströme) erzeugen ein magnetisches Feld B. - I ~B ~dr = µ 0 I ein Ampèresches Gesetz https://en.wikipedia.org/wiki/ Hans_Christian_Ørsted Hans Christian Ørsted (1777 1851) + https://en.wikipedia.org/wiki/magnetic_field Rechte-Faust -Regel Magnetische Feldkonstante: µ 0 =4 10 7 N A 2 0 µ 0 = 1 c 2 https://en.wikipedia.org/wiki/ André-Marie_Ampère André-Marie Ampère (1775-1836) 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 5

Wiederholung: Gesetz von Biot-Savart Das durch einen Strom I erzeugte magnetische Feld db an einem Punkt r ist durch das Biot-Savart Gesetz gegeben. https://de.wikipedia.org/wiki/ Jean-Baptiste_Biot Jean-Baptiste Biot (1774 1862) Spezialfall: Langer stromdurchflossener Leiter http://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/ magnetisches-feld-spule/versuche/felderstromfuehrender-leiter B = µ 0I 2 r http://alchetron.com/ Felix-Savart-1116700-W Félix Savart (1791 1841) 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 6

Wiederholung: Stromdurchflossene Spule Feld in der Spule: B = µ 0I L N Innerhalb der Spule herrscht ein homogenes Magnetfeld! http://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/magnetisches-feld-spule/ versuche/felder-stromfuehrender-leiter Mit Eisenkern (oder allgemein mit Materie im Magnetfeld): 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 7

Materie im Magnetfeld Ähnlich wie Dielektrika elektrische Felder ändern, beeinflusst Materie auch magnetische Felder: ~H ~M(= ~ J) Feld durch freie Ströme ( magnetische Feldstärke oder magnetische Erregung ) Magnetisierung (magnetisches Moment pro Volumen) magnetische Suszeptibilität µ(= µ rel ) (relative) Permeabilität 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 8

Materie im Magnetfeld Nach ihrem Verhalten in Magnetfeldern unterscheidet man diamagnetische, paramagnetische und ferromagnetische Materialien. µ Permeabilität Suszeptibilität Diamagnetismus B-Feld in Materie kleiner Stoffe ohne ungepaarte Elektronen https://de.wikipedia.org/wiki/ Tropfen-Fotografie Paramagnetismus B-Feld in Materie etwas größer Stoffe mit ungepaarten Elektronen Ferromagnetismus B-Feld in Materie deutlich größer Stoffe mit ungepaarten Elektronen, die wechselwirken https://de.wikipedia.org/wiki/gasflasche https://upload.wikimedia.org/wikipedia/ commons/4/40/ Horseshoe_magnet_by_Zureks.jpg 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 9

Materie in inhomogenem Magnetfeld Diamagnet: induzierte Dipolmomente sind dem äußeren Feld entgegengesetzt. Diamagnete werden aus dem Feld hinausgedrängt, bewegen sich in Richtung niedrigerer Feldstärke. Paramagnet: Bereits vorhandene Dipolmomente werden in Feldrichtung ausgerichtet. Paramagnete werden in das Magnetfeld hineingezogen, bewegen sich in Richtung höherer Feldstärke. Bismut- und Alukugel im inhomogenen Magnetfeld Video: Levitated frog https://www.youtube.com/watch?v=a1vyb-o5i6e 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 10

Ferromagnetismus und Hysterese Nach Abschalten eines externen Magnetfeldes: Dia- und Paramagnetismus: Ferromagnetismus: Kompassnadelplatte & Magnet https://de.wikipedia.org/wiki/ Pierre-Ernest_Weiss Pierre Ernest Weiss (1865-1940) 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 11

Ferromagnetismus: Hysterese-Kurve https://www.geschichte.sachsen.de/ heinrich-barkhausen-5520.html?_pp= %7B%7D Heinrich Georg Barkhausen (1881-1956) Hysteresekurve Barkhausen Effekt 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 12

Supraleitung Supraleiter sind Materialien, deren elektrischer Widerstand beim Unterschreiten der sogenannten Sprungtemperatur (abrupt) auf null fällt. 1911 1986: Hochtemperatursupraleitung https://de.wikipedia.org/wiki/ Heike_Kamerlingh_Onnes Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926) Nobelpreis 1913 Door meten tot weten ( Durch Messen zum Wissen ) 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 13

Der Meissner-Ochsenfeld Effekt Meißner-Ochsenfeld-Effekt: Supraleiter verdrängen ein äußeres magnetisches Feld vollständig aus ihrem Inneren (bis zu einer kritischen Feldstärke). Supraleiter sind also nicht nur idealer Leiter, sondern auch idealer Diamagnete. https://de.wikipedia.org/wiki/ Walther_Mei%C3%9Fner Walther Meisner (1882-1974) https://de.wikipedia.org/wiki/mei%c3%9fner-ochsenfeld-effekt https://de.wikipedia.org/wiki/mei%c3%9fner-ochsenfeld-effekt http://sjam4uphysics.pbworks.com/ w/page/38936723/superconductors Robert Ochsenfeld (1901-1993) Schwebender Supraleiter 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 14

BCS - Theorie Die BCS-Theorie ist eine Vielteilchentheorie zur Erklärung der Supraleitung in Metallen. https://physik.wissenstexte.de/supra_gross.htm https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/1972/ 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 15

Atomare Ursachen des Magnetismus Bewegte Ladungen erzeugen ein Magnetfeld. Auch mikroskopisch erzeugen Elektronenbewegungen ein magnetisches Moment: 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 16

Atomare Ursachen des Magnetismus, fort. Das magnetische (Bahn-)Moment µ Bahn definiert das Drehmoment und die Energie, die es in einem B-Feld erfährt. Verständnis der mikroskopischen Momente benötigt Quantenmechanik! https://en.wikipedia.org/wiki/atomic_orbital#orbitals_table 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 17

Spin Elektronen und andere Elementarteilchen besitzen einen intrinsischen Drehimpuls und ein intrinsisches magnetisches Moment: Spin. 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 18

(Elektrische) Induktion https://de.wikipedia.org/wiki/kochfeld http://wikis.zum.de/zum/images/thumb/1/13/turbine_im_kraftwerk_staudinger_gro %C3%9Fkrotzenburg.jpg/300px-Turbine_im_Kraftwerk_Staudinger_Gro %C3%9Fkrotzenburg.jpg https://de.wikipedia.org/wiki/fahrraddynamo https://de.wikipedia.org/wiki/windpark https://de.wikipedia.org/wiki/elektrischer_generator 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 19

Magnetischer Fluss Der magnetische Fluß Φ B lässt sich analog zum elektrischen Fluss definieren: Ebene Fläche: Allgemein: 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 20

Das Induktionsgesetz Eine Änderungen des magnetischen Flusses Φ B erzeugt eine Spannung (Induktionsgesetz, Michael Faraday, 1831) Induktion in Spule, Kompassgenerator, Schütteltaschenlampe 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 21

PINGO: Die Lenzsche Regel Wir lassen einen (kreisförmigen) Permanentmagneten an einem Kupferrohr entlang fallen. Der Magnet... Abstimmen unter pingo.upb.de! A) Bleibt im Rohr stecken / klebt fest. B) Schwebt langsam nach unten. C) Fällt ungehindert durch das Rohr. Magnet um Kupferrohr 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 22

Die Lenzsche Regel Welche Richtung hat der induzierte Strom? Lenzsche Regel: Der induzierte Strom erzeugt ein Magnetfeld, das dem ursprünglichen Magnetfeld (also dem induzierenden Magnetfeld) entgegenwirkt. Wirbelstrombremse https://de.wikipedia.org/wiki/emil_lenz Heinrich Friedrich Emil Lenz (1804-1865) 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 23

Induktivität Induktivität bezeichnet die Eigenschaft eines Leiters (bzw. Spule) aufgrund einer Änderung des elektrischen Stromes ein Magnetfeld aufzubauen, das eben dieser Stromänderung entgegenwirkt. https://de.wikipedia.org/wiki/ Joseph_Henry Joseph Henry (1797-1878) http://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/magnetischesfeld-spule/versuche/felder-stromfuehrender-leiter 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 24

Spule Magnetfeld und Induktivität http://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/magnetischesfeld-spule/versuche/felder-stromfuehrender-leiter t Selbstinduktion 500 H Spule mit Glüh- und Glimmlampe 21.06.2018 Prof. Dr. Jan Lipfert 25