Einführung in die Physik II für Studierende der Naturwissenschaften und Zahnheilkunde Sommersemester 2007 VL #21 am 1.06.2007 Vladimir Dyakonov Beschreibung Magnetfeld Magnetfeld: Zustand des Raumes, wobei - Drehmoment auf magnetischen Dipol - Kraft auf bewegte Ladung ausgeübt wird!!! Beschreibung durch magnetische Feldstärke H H ist ein Vektorfeld, d.h. für jeden Raumpunkt ist Richtung und Stärke der Wirkung des Magnet feldes definiert Darstellung des Magnetfeldes durch magnetische Feldlinien 1
Visualisierung magnetischer Feldlinien Auf Magnete Kraftwirkung: Ausrichtung parallel zu Feldlinie Darstellung des Magnetfelds Stabmagnet Spule Verlauf der Feldlinien ist identisch 2
Feldlinienbilder Hufeisenmagnet Gleichnamige Pole Ungleichnamige Pole FeldLab 3
Hufeisenmagnet Stromleiter zeigt magnetische Wirkung Beschreibung von Magnetpolen durch magnetisches Dipolmoment rechte Hand-Regel: Daumen in Richtung Strom, Finger weisen in Feldrichtung 4
Stromdurchflossene Leiter üben Kräfte aufeinander aus Feldlinien Einige Eigenschaften von magnetischen Feldlinien: Die magnetischen Feldlinien laufen vom Nord- zum Südpol, sie geben die Kraftrichtung auf einen magnetischen Nordpol an. Magnetische Feldlinien haben keinen Anfang und keine Ende. Bilden geschlossene Schleifen. Kraft ist nicht entlang der B-Feldlinien (anders als bei E-Feld) Magnetische Feldlinien schneiden sich nicht, d.h. die Kraftrichtung auf einen magnetischen Nordpol ist stets eindeutig definiert. Höhere Feldliniendichte bedeutet stärkeres Magnetfeld. 5
Ausrichten von Permanentmagneten Aufgehängter Permanentmagnet richtet sich aus Woher kommt das Magnetfeld? Erdmagnetfeld Die Erde ist von einem Magnetfeld umgeben Magnet richtet sich aus und zeigt nach Norden Neben geographischem Nordpol liegt der magnetische Südpol! 6
Der größte Magnet Der größte Magnet 7
Magnetfeld der Erde Das Magnetfeld der Erde ist nur in grober Näherung ein Dipol-Feld Stärke: 6 10 5 T = 0, 6 Gauss (alte Einheit). Wird immer kleiner 1% pro Jahr!!! Umpolung des Erdmagnetfeldes Die Quelle des Feldes ist der flüssige Eisen-Kern der Erde Umwelt!!! Magnetfeld der Erde 8
Erdmagnetfeld Orientierung Erdmagnetfeld ist nicht konstant Pole wandern (7.5km Jahr) Abweichungen geographischer N und magnetischer N heisst Deklination und ist ortsabhängig (0 in Würzburg 1998) Erdmagnetfeld Orientierung Einige Tiere, so zum Beispiel Blindmäuse, Haustauben, Zugvögel, Meeresschildkröten, Haie und wahrscheinlich auch Wale nutzen das Erdmagnetfeld zur Orientierung. Dies geschieht durch eingelagerte ferromagnetische Substanzen in ihren Organen. Einige in Gewässern vorkommende, mikroaerophile Bakterienarten werden durch das Erdmagnetfeld parallel zu den Feldlinien ausgerichtet. 9
Wozu ist das Erdmagnetfeld gut? Das Erdmagnetfeld schützt die Erde vor dem Sonnenwind Sonnenwind: energetische geladene Teilchen für den Menschen schädlich Ablenkung von Teilchen im Magnetfeld (später) Magnetfeld des elektrischen Stromes 1819 Oersted: Magnetnadelablenkung durch Stromfluss Stromdurchflossener Leiter ist von einem Magnetfeld umgeben Wenn der abgespreizte Daumen der rechten Hand in die technische Stromrichtung zeigt, so gibt die Richtung der anderen Finger die Richtung des Magnetfeldes an. 10
Magnetfeld einer Leiterschleife Verstärkung der Kraftwirkung: Spule Fazit: Die magnetische Kraft hat ihren Ursprung in der Bewegung von elektrischen Ladungen. Verkoppelung von elektrischen und magnetischen Erscheinungen Elektromagnetismus 11
Magnetostatik Magnetismus ist eine Fernwirkungskraft Es gibt Dauermagnete Magnete haben immer einen Nord- und einen Südpol. Sie treten immer paarweise auf, es gibt keine magnetischen Monopole Gleichnamige Pole stoßen einander ab. Ungleichnamige Pole ziehen einander an. Die Kraftwirkung nimmt mit dem Abstand ab Die Kraftwirkung eines Magnetfeldes wird durch die magnetische Feldstärke H beschrieben. H beschreibt ein Vektorfeld,d.h. Wirkung ist in jedem Raumpunkt nach Richtung und Betrag bestimmt Magnetfeld kann durch Feldlinien veranschaulicht werden. Feldlinien sind immer geschlossen, überkreuzen sich nicht Die Erde ist von einem Magnetfeld umgeben. Der magnetische Südpol liegt neben dem geographischen Nordpol und wandert. 12