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Elektrische und magnetische felder

Ladungsträger in magnetfeldern

Lorentzkraft

Ferromagnetismus und Lorentzkraft einfach erklärt für Kinder

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Magnetische Felder und ihre Auswirkungen auf ferromagnetische Materialien sind faszinierende Phänomene in der Physik. Diese Zusammenfassung erklärt die grundlegenden Konzepte, einschließlich der Auswirkungen des magnetischen Feldes auf ferromagnetische Materialien, der Lorentz-Kraft und magnetischen Flussdichte in einem magnetischen Feld, sowie des stromdurchflossenen Leiters und der linken-Hand-Regel.

Magnetische Felder entstehen um Dauermagnete und stromdurchflossene Leiter
Ferromagnetische Materialien können durch magnetische Influenz magnetisiert werden
Die Lorentz-Kraft wirkt auf bewegte Ladungsträger in Magnetfeldern
Stromdurchflossene Leiter erzeugen kreisförmige Magnetfelder
Das Erdmagnetfeld schützt uns vor schädlicher Sonnenstrahlung

18.4.2021

10628

Magnetisches Feld
Dauermagneten
-bestehen aus ferromagnetischen Stoffen
winzige Strukturen, die sich wie magnete verhalten
unmagnetisierter

Stromdurchflossener Leiter und Erdmagnetfeld

Ein stromdurchflossener Leiter erzeugt ein Magnetfeld, dessen Feldlinien kreisförmig um den Leiter verlaufen. Die Richtung des Magnetfeldes hängt von der Stromrichtung ab und kann mit der Linken-Hand-Regel bestimmt werden.

Definition: Die Linke-Hand-Regel für den geraden Leiter besagt: Der Daumen zeigt in Stromrichtung (vom Plus- zum Minuspol), die gekrümmten Finger geben die Umlaufrichtung der magnetischen Feldlinien an.

Der Ørsted-Versuch demonstriert die Existenz des Magnetfeldes um einen stromdurchflossenen Leiter:

Ein Stromkreis mit Gleichstrom und einem dicken, geraden Leiter wird aufgebaut.
Der Leiter verläuft parallel zum Erdmagnetfeld.
Eine Magnetnadel wird oberhalb des Leiters platziert.
Bei Stromfluss schlägt die Magnetnadel aus, wobei ein größerer Stromfluss zu einem größeren Ausschlag führt.

Highlight: Die Stromdurchflossener Leiter Magnetfeld Formel für eine Spule lautet: B = μ0 · μr · (N · I) / (2 · π · r)

Magnetfeld stromdurchflossener Leiter Herleitung zeigt, dass das Feld proportional zur Stromstärke und umgekehrt proportional zum Abstand vom Leiter ist.

Das Erdmagnetfeld lässt sich als großer, relativ schwacher Magnet betrachten:

In Erdnähe ähnelt es dem Feld eines Stabmagneten.
Auf der sonnenabgewandten Seite reicht es weit in den Raum hinaus.

Example: Ein Beispiel für einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld ist die Bestimmung der Horizontalkomponente des Erdmagnetfeldes mit einem Spulengalvanometer.

Die Kraft auf stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld wird durch die Lorentzkraft beschrieben und findet Anwendung in Elektromotoren.

Vocabulary: Weißsche Bezirke sind mikroskopisch kleine Bereiche in ferromagnetischen Materialien, in denen die magnetischen Momente gleich ausgerichtet sind.

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Magnetisches Feld und Dauermagnete

Das magnetische Feld ist ein grundlegendes Konzept in der Physik, das den Zustand des Raumes um einen Magneten beschreibt. Was ist ein Magnetfeld für Kinder erklärt: Es ist wie eine unsichtbare Kraft, die andere Magnete oder bestimmte Metalle anziehen oder abstoßen kann.

Dauermagnete bestehen aus ferromagnetischen Stoffen und haben eine besondere innere Struktur. Im unmagnetisierten Zustand sind die winzigen Elementarmagnete ungeordnet. Unter dem Einfluss eines äußeren Magnetfeldes können sich diese ausrichten, wodurch der Körper selbst zum Magneten wird.

Was versteht man unter magnetischen Feldlinien: Feldlinien sind ein Modell, um das magnetische Feld darzustellen. Sie zeigen die Richtung und Stärke des Feldes an.

Highlight: Die 3 Merkmale für magnetische Feldlinien sind: 1) Sie bilden ein quellenfreies Wirbelfeld, 2) Sie sind geschlossen ohne Anfang und Ende, 3) Sie verlaufen vom Nordpol zum Südpol.

Magnetische Feldlinien Richtung ist von besonderer Bedeutung:

Bei einem Stabmagneten verlaufen sie vom Nord- zum Südpol.
Bei einem Hufeisenmagneten bilden sie einen Bogen zwischen den Polen.

Example: Ein homogenes Magnetfeld hat parallel verlaufende, gleich dichte Feldlinien. Die Kraft ist in jedem Punkt gleich stark.

Vocabulary: Ferromagnetische Stoffe sind Materialien, die stark von Magneten angezogen werden und selbst zu Magneten werden können.

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Magnetische Influenz und Lorentzkraft

Die magnetische Influenz beschreibt, wie ein äußeres Magnetfeld ein zunächst unmagnetisches Eisenstück magnetisieren kann. Dieser Prozess erfolgt durch das Wachstum von Weißschen Bezirken, die bereits in Richtung des äußeren Feldes ausgerichtet sind.

Die magnetische Flussdichte B gibt die Stärke eines Magnetfeldes an. Sie wird in Tesla (T) gemessen und lässt sich durch die Formel B = F / (I · l) berechnen.

Definition: Die Lorentzkraft Definition besagt, dass diese Kraft auf Ladungsträger in einem Magnetfeld wirkt, einschließlich freier Ladungsträger.

Lorentzkraft Formel erklärung: FL = B · Q · v Dabei ist:

FL: Lorentzkraft
B: magnetische Flussdichte
Q: elektrische Ladung
v: Geschwindigkeit des Ladungsträgers

Highlight: Die Lorentzkraft Rechte Hand-Regel oder Lorentzkraft Drei-Finger-Regel hilft bei der Bestimmung der Kraftrichtung.

Lorentzkraft Beispiele zeigen, dass die Kraft maximal ist, wenn sich Ladungsträger senkrecht zum Magnetfeld bewegen, und null wird, wenn sie sich parallel zum Feld bewegen.

Example: Ein Beispiel für die Lorentzkraft stromdurchflossener Leiter ist die Ablenkung eines Elektronenstrahls in einer Kathodenstrahlröhre.

Die Lorentzkraft Einheit ist Newton (N), da es sich um eine Kraft handelt.

Vocabulary: Magnetische Influenz bezeichnet den Vorgang, bei dem ein Magnetfeld die magnetischen Eigenschaften eines Objekts beeinflusst, ohne es zu berühren.

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Anwendungen des Magnetfeldes in der Physik

Die spezifische Ladung eines Elektrons kann mithilfe eines Magnetfeldes bestimmt werden. Dabei nutzt man die Tatsache, dass Elektronen in einem Magnetfeld auf eine Kreisbahn gezwungen werden.

Definition: Die spezifische Ladung ist das Verhältnis von Ladung zu Masse eines Teilchens (e/m).

Die Formel zur Bestimmung lautet: e/m = (2U) / (B² · r²)

Dabei ist:

e: Elementarladung
m: Masse des Elektrons
U: Beschleunigungsspannung
B: magnetische Flussdichte
r: Radius der Kreisbahn

Ein wichtiges Instrument in der Physik ist das Massenspektroskop, das zur Bestimmung des Häufigkeitsverhältnisses von Teilchen mit verschiedenen Massen verwendet wird. Es nutzt gekreuzte elektrische und magnetische Felder:

Im ersten Bereich werden Teilchen mit gleicher Geschwindigkeit selektiert.
Im zweiten Bereich werden die Teilchen durch ein Magnetfeld auf Kreisbahnen gelenkt.
Der Radius der Kreisbahn hängt nur von der Masse der Teilchen ab.

Example: Ein Beispiel für bewegter Leiter im Magnetfeld ist die Funktionsweise eines Generators, bei dem eine sich bewegende Leiterschleife in einem Magnetfeld Strom erzeugt.

Highlight: Das Magnetfeld innerhalb eines Leiters ist null, da sich die Felder der einzelnen bewegten Ladungsträger gegenseitig aufheben.

Diese Anwendungen zeigen die vielfältigen Möglichkeiten, wie Magnetfelder in der Physik zur Analyse und Manipulation von geladenen Teilchen genutzt werden können.

Vocabulary: Ein Massenspektroskop ist ein Gerät zur Bestimmung der Masse von Atomen oder Molekülen durch Ablenkung in elektrischen und magnetischen Feldern.

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Stromdurchflossener Leiter und Erdmagnetfeld

Definition: Die Linke-Hand-Regel für den geraden Leiter besagt: Der Daumen zeigt in Stromrichtung (vom Plus- zum Minuspol), die gekrümmten Finger geben die Umlaufrichtung der magnetischen Feldlinien an.

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Ein Stromkreis mit Gleichstrom und einem dicken, geraden Leiter wird aufgebaut.
Der Leiter verläuft parallel zum Erdmagnetfeld.
Eine Magnetnadel wird oberhalb des Leiters platziert.
Bei Stromfluss schlägt die Magnetnadel aus, wobei ein größerer Stromfluss zu einem größeren Ausschlag führt.

Highlight: Die Stromdurchflossener Leiter Magnetfeld Formel für eine Spule lautet: B = μ0 · μr · (N · I) / (2 · π · r)

Magnetfeld stromdurchflossener Leiter Herleitung zeigt, dass das Feld proportional zur Stromstärke und umgekehrt proportional zum Abstand vom Leiter ist.

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Magnetisches Feld und Dauermagnete

Was versteht man unter magnetischen Feldlinien: Feldlinien sind ein Modell, um das magnetische Feld darzustellen. Sie zeigen die Richtung und Stärke des Feldes an.

Highlight: Die 3 Merkmale für magnetische Feldlinien sind: 1) Sie bilden ein quellenfreies Wirbelfeld, 2) Sie sind geschlossen ohne Anfang und Ende, 3) Sie verlaufen vom Nordpol zum Südpol.

Magnetische Feldlinien Richtung ist von besonderer Bedeutung:

Bei einem Stabmagneten verlaufen sie vom Nord- zum Südpol.
Bei einem Hufeisenmagneten bilden sie einen Bogen zwischen den Polen.

Example: Ein homogenes Magnetfeld hat parallel verlaufende, gleich dichte Feldlinien. Die Kraft ist in jedem Punkt gleich stark.

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Die magnetische Flussdichte B gibt die Stärke eines Magnetfeldes an. Sie wird in Tesla (T) gemessen und lässt sich durch die Formel B = F / (I · l) berechnen.

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Lorentzkraft Formel erklärung: FL = B · Q · v Dabei ist:

FL: Lorentzkraft
B: magnetische Flussdichte
Q: elektrische Ladung
v: Geschwindigkeit des Ladungsträgers

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