magnetische Felder und geladene Teilchen in E- und B-Feldern

Luana

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11/12/13

Lernzettel

- Wiederholung - Erzeugung von Magnetfeldern - "Stärke" von Magnetfeldern - Magnetfeld einer schlanken Spule - Erdmagnetfeld - geladene Teilchen in elektrischen Feldern - geladene Teilchen in magnetischen Feldern - ein paar Formeln

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MAGNETISCHE FELDER Exp.: zwei parallele Leiter F + O ►F U → Magnetismus gehört zur E-Lehre (Elektromagnetismus) N Sobald der Stromkreis (kurzzeitig) geschlossen ist, stoßen sich die beiden Leiter ab. 2.1 Wiederholung magnetisches Feld Wirken in einem Raum auf magnetische Körper Kräfte, so herrscht ein Magnetfeld Das magnetische Feld wird erzeugt von Magneten Beispiele: - Stabmagnet N Erklärung: Strom(= bewegte elektrische Ladung) erzeugt ein Magnetfeld um den Leiter - Hufeiseenmagnet - Elektromagnet] (stromdurchflossene Spule) Es gibt einen Südpol und einen Nordpol. Es gibt keine elektrischen Monopole (Aussage der zweiten Maxwell-Gleichung). Bringt man gleichnamige Pole nahe zueinander, so stoßen sie sich ab. Bringt man ungleichnamige Pole zueinander, so ziehen sie sich an. Feldlinie = Bahn eines Probenordpols. Die Feldlinien verlaufen vom Nordpol zum Südpol. Alle Feldlinien sind geschlossen Feldlinienbilder: S Dauermagnete / Permanentmagnete homogenes Feld N N Inhomogenes Feld S Entmagnetisieren durch Hitze oder Erschütterung N magnetisiereng Eisen Nickel Cobalt S S 2.2 Erzeugung von Magnetfeldern Exp.: Oersted-Versuch (~1820) + Um den stromdurchflossenen entsteht ein Magnetfeld; dieses steht senkrecht auf dem Leiter - N X Es gilt die Linke-Hand-Regel: Daumen in e Richtung Finger: Magnetfeldrichtung e 0 0 e bewegt sich in die zeichenebene hinein Magnetfelder einer Stromdurchflossenen Spule e bewegt sich aus der Zeichenebene hinaus O 0 0 0 0 0 ö o X ON(X) N(X) X e (Aussage der 4. Maxwell-Gleichung) e Die Magnetfelder der einzelnen S Windungen überlagern sich zu einem großen Magnetfeld. Wie beim Stabmagnet befindet sich der Nordpol dort, wo die Magnetfeld-Linien aus der Spule heraustreten. Im Inneren: homogenes Magnetfeld Außen und am Rand: inhomogenes Magnetfeld 2.3,,Stärke" von Magnetfeldern Experiment: B X Ip [in A] FL [in 10-³N] 0,1 17 N S 0,2 30 Ergebnis: FL~ lp (bei konstanter Leiterlänge) FL lerr 7 0,3 48 Beobachtung: O Ein stromdurchflossener Leiter erfährt im...

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Magnetfeld eine Kraft - die Lorentz-Kraft F Sind e Richtung und B-Feld-Richtung parallel, so wirkt keine Kraft. Ähnlich wie beim E-Feld soll die auf den Leiter wirkende Kraft ein Maß für die „Stärke" des Magnetfelds werden. Experiment Eselsbrücke: Drei-Finger-Regel der linken Hand ● Daumen: e ● e Zeigefinger: Magnetfeld Mittelfinger: Lorentz-Kraft F Beobachtung: Das Rähmchen wird nach Einschalten des Probestroms lp nach unten gezogen (Lorentz-Kraft) Bemerkung: Die Lorentz-Kraft, die seitlich auf das Rähmchen wirken, gleichen sich gerade aus. Zusammenhang zwischen Lorentz-Kraft und Probestromstärke: Magnetfeld B 0,4 60 AL FL lerr: Stromstärke der Erregerspule Ip: Probestromstärke 0,5 77 2 Zusammenhang zwischen Lorentz-Kraft und Leiterlänge Pro Leiterstück wirkt die Lorentzkraft. Besteht eine Leiterschleife aus n Windungen, haben wir s = n * 5cm als wirksame Leiterlänge. Wir müssen die Breite mit der Windungszahl multiplizieren. Ergebnis: FL~s Zusammenfassend: FL~ lp * S↔→ FL Ip*S Definition: Die magnetische Flussdichte B wird angegeben durch FL Ip * S FL Der Quotient ist eine Konstante; er ist ein Maß für die „Stärke" des Magnetfeldes Ip*S F₁ = 1 * B * S Mit sin() B S S = F₁ = 1 *B*s* sin(Q) = Am Im Magnetfeld wirkt auf einen stromdurchflossenen Leiter die Lorentz-Kraft konstant Einheit: 1 Was ist, wenn der Leiter nicht senkrecht zu B verläuft? FL= Ip * B S * S Der Leiter bildet mit den Feldlinien einen Winkel (s` LB) s`=s* sin(p) folgt = 1 Tesla = 1T (phi) Rähmchen 5 cm | falls Ip und s L B 2.4 Magnetfeld einer schlanken Spule Experiment: magnetische Flussdichte messen B~n B 1 pom B~ lerr Zusammenfassend B Die Konstante B *lerr Hon 4 0 0 0 0 0 0 0 In einer schlanken Spule (= lang gestreckt und gerade) ist die magnetische Flussdichte annähernd konstant und das Magnetfeld homogen. Experiment: Auswertung: B 1 * Ierr' B B T*lerr = konstant heißt magnetische Feldkonstante; sie ist eine Naturkonstante X Dicke Spule X Schlanke Spule (I >> r)

Physik /