Elektrisches Feld, Magnetfeld, Induktion

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so lange dieser eine geschlossene Form aufweist. Die Ladung kann nur von Außen transportiert werden, da sie sich nur Außen befindet. Feldfrei Influenz und Polarisation man einen geladen Körper in der einer Ladungsverschiebung (Polarisation) oder Ladungstremung Influenz. Bringt 2u Influenz: Trennung. von Ladungen innerhalb eines leitenden Körpers, durch einen anderen geladenen Körpers, ohne dass sich die Körper berühren. + + - + + + negabir geladener Körper in der Nähe ungeladener Leiter Elektronen frei beweglich negatir geladener Körper in der Nähe ungeladener nicht Leiter Elektronen sind nur im Atom frei beweglich ++ Polarisation im Ausrichtung von Ladungsträger findet nicht statt. (ben nicht leitende Körper) 0000 Nähe eines ungeladenen Körpers, so kommt es ++ ++ ·Ladungbrennung elektrischen Feld. Eine Trennung der Ladungen → Ladung brennung im Atom (Plus geht Richtung geladener Körper). Ladungsausgleich: werden geladene Körper leitend miteinander verbunden werden, Ladungsausgleich kommen so kann es zu einem Elektrische Feldlinien: Sind vom Plus zum Minus Pol gerichtet. Sie breten senkrecht aus und überlagern sich nicht. Berührt ein geladener Körper, einen neutral geladenen Körper 1) (leitend) Die Elektronen gehen Er wird negativ. 2) (leitend) + + + .+ + Q xxx vom + A geladenen Körper auf den leitenden Körper über. Elektronen gehen vom ungeladenen Körper auf den positiv geladenen Körper. Der zunächst ungeladene Körper hat dadurch Elektronenmangel und wird positiv geladen. + + + <^ Wasserstrahl im elektrischen Feld. negativen Nähert man einen geladenen Körper an einen Wasserstrahl, ändert er seine Richtung. Wasser besteht aus Wassermolekülen, die kleine elektrische Dipole sind. Zunächst sind die Wassermoleküle völlig ungeordnet. Nähert man den negativ geladenen Körper an den Wasserstrahl, wird nun die positive Seite des Wasser molekäls angezogen, während er die negative Seite abstößt. Somit drehen sich die Wasser- molekule und richten sich mit ihrer positiven Seite zum negativ geladenen Körper aus. Es kommt zu einer Polarisation !!!!! Das Millikan Experiment d= Abstand zwischen den Platten U (v) ta 0 E (+) 10 - e+ + Fel Fg + E = feldlinien Probeladung & Fg = Gewichtskraft G = m. g (++) Fer elektrische Feldkraft 27= 4.E Fel = fg 4. 수 = d q=m.g.d u 19.4 d = m.g nach q umform. 9 т.д Das Millikan Experiment dient der Bestimmung der Elementar- ladung Durch die Spannung am Platten kondensator konnte man auf Grund des elektrischen Feldes ein Öltröpfen zum schweben, sinken oder steigen bewegen. Man stellte schließlich fest, dass die Öltröpfchen immer ein vielfaches der Elementarladung e = 1,6021. 10 C in sich trugen damit sich de. Schwebt ein positiv geladenes Öltröpchen im elektrischen homogenen feld, muss die Obere Platte negatir und die untere Platte positiv geladen sein.. Schwebe zustand einstellen kam. Das Tröpfen wird von unten abgestoßes und von oben angezogen. Die nach unten gerichtete Gewichtskraft muss so groß sein wie gerichtete elektrische Kraft nach oben PS: Wenn der obere Strich negativ geladen ist, dann ist die Probeladung positiv geladen (Bild) - Wenn der obere Strich positiv geladen ist, dann ist Probeladung negativ Spitzen effekt Ist ein metallischer Körper mit einer bestimmten Ladung aufgeladen, So ist das elektrische Feld in seiner Umgebung. dort am stärksten, Kleine Krümmungsradien aufweist. Die feldlinien sind WO der Körper da am dichtesten und somit die elektrische feldstärke am größten hohe Feldstärke bei Spize geringer Feldstärke bei ebener Fläche E= 4|0 o= E = U d 08-55 F = Wichtige Formeln Wel = E. 4 Fläche (m²) Чп. Ео ↓ . o=E₁ E Elektrische Feldstärke auf einer Punktladung E= 1 eV in J umwandel r2 normale Zahl U_ W 9 1 4 πT EE normale Zahl in fS ↓zahl (FS) Kraft zwischen zwei Punktladungen (Coulomb'sches) Gesetz d Q₁ Q₂ W= 9. U 2 - Radius (Abstand zwischen zwei Punktladungen) Proportionalität F~ 1 12 1 Das Coulomb'sche Gesetz wird erfüllt wenn 1² proportional Kraft ist. Alle Punkte eines 1⁄2-F Diagramm müssen auf eine. Ursprungsgerades liegen. r Je desto schwächer die Kraft- o = ↑ Dichte Flächen ladungsdichte 오 o = A VFläche (m²) E~ o F~ Q₁ Q₂ größer der Abstand (r) zwischen zwei Punktladungen, F₁ 91 = ~q * Bestimmung der Anzahl der Elementarladung: I Ergebnis als ganze Zahl (nicht komma)! e F₂.X 42 201 E.E normale Zahl in fS elektrische feldstärke (N/C) (V/m) * In welchem Verhältnis müssen 2 Ladungen stehen, damit Feld (1) und Feld (2) gleich große Kräfte sind: in umformen nach x oder Je größer on 1 die Fläche desto A Kleiner die Dichte Proportionalitätsfaktor Proportionalität nachweisen: man hat zB eine Formel: 2 = f Tabelle mit x f y E -> Man rechnet & 2.B € = 1 2 E P 246 123 >F जन 1 1 لہ کے NHW 2 -> ½ ist dann der Proportionalitätsfaktor= Steigung einer Ursprungs gerade 2 Konstante ΔΕ AF Ursprungsgerade bedeutet Proportionalität! Material 2: Querschnitt durch den Plattenkondensator mit Elektron H =e.u el Flugrichtung des Elektrons {o= 1/2m.v² ↳ Ekin berechnen: Es + Eu Das Magnetfeld Ein Magnelfed Def: entsteht, wenn elektrische Ladungen sich in irgeneine form bewegen. Das kann 2.B in einem Stromleiter sein. Wenn irgendwo Strom fließt, wenn also Elektronen durch einen elektrischen Leite strömen, dann erzeugt dieser Strom um sich herum ein Magnetfeld. بی مثل is îîîadza II) Von Nord zu Süd! Eigenschaften - sind stets geschlossen, haben also kein Anfang / Ende · Es gibt keinen magnetischen Monopol d.h es breten immer Nord-und Südpol gleichzeitig auf. Ungleichnamige Pole ziehen sich an, gleichnamige stoßen sich ab ·Das Magnetfeld existiert um den Raum eines Magneten. Feldlinien treten senkrecht aus / ein und überschneiden sich nicht - Die Kraftwirkung erfolgt tangential zur Feldlinie - En Magnetfeld kann durch (Oersted Experiment) Feldlinien Sind lokal einen elektrischen um so dichter, je stärker dort das Magnetfeld is- Strom entstehen Lorenzkraft Ist eine magnetische Kraft, die zwischen einem Magnetfeld und einer bewegten Ladung wirkt. Wenn sich eine Ladung senkrecht durch ein Magnetfed bewegt, so wirkt eine Kraft, die wiederum senkrecht auf Magnetfeld und Bewegungsrichtung der Ladung steht. Dies ist die Lorenzkraft ! Die Richtung der Lorenzkraft steht senkrecht zu der O Stromrichtung und senkrecht zu der Magnetfeldrichtung Magnetfelt: (Linke- Hand-Regel) auf den Betrachter vom Betrachter weg 1 / Feldlinien aus der Blattebene heraus in die Zeichenebene hinein. bei bewegte Elektronen: Links bei Protonen. Rechts B Zu Leiter schaukel - Experiment (Lorentzkraft, Dreifingerregel) (D) I: Strom FL B FL & Schankel bewegt sich nach rechts Links Stromflussrichtung I (physikalisch von 6 nach B: Magnetfeldrichtung F₂: Lorentz kraft (Kraftwirkung auf einen Strom durchflossenen Leiter) ↓ Zustandekommen In einem geraden Leiterstück, das Senkrecht zu den Feldlinien eines homogenen Magnetfeld mit der Flussdichte bewegt wird, entsteht die Induktionsspannung durch die Lorentzkraft auf die Elektionen im Leiter. Wichtig: Stromrichtung von Θ τη Θ Polung bestimmen: ↳ Kraftrichtung mit Linke-Hand-Regel bestimmen ↳ Elektronen bewegen sich in Richtung der Kraft Wann ist die Spannung maximal? → Lorenzkraft ist proportional zu Geschwindigkeit: FL= q. v. B ·Daher ist die Induktionsspannung bei Stillstand de Leiter schaukel null. Wenn die Schaukel ihre höchste Geschwindigkeit besitzt, ist die Spannung maximal. Dies ist der Fall, wenn die Leiterschankel durch ihre Ruhelage schwingt. Mit Spannunggerät ohne N- S + Strom durch flossene Lange Spule EN Jllll l SE Wo die Feld linien die Spule verlassen, ist Nordpol O wo sie einbreten, ist Südpol Feldlinien eines geraden Leiters Der Magnetfeld 7 Strom flussrichtung Daumen zeigt in Richtung des Stromflusses, die gekrümmten Finger Richtung des Magnetfeldes (kreisförmig) In fadenstrahlrohr Bewegte Ladungsträger im Magnetfeld Aus einem Faden strahlrohr tritt ein Elektronenstrahl senkrecht außeren Helmholtz- aus. Durch Anlegen einer Spannung an dem Spulen paar resultiert ein Magnetfeld. Auf die Elektronen, die sich Senkrecht zum Magnetfeld bewegen, wirkt die Lorentzkraft! Diese zwingt der Elektronenstrahl, eine Kreisbahn und wirkt als Zentripetal-kraft. auf Setzen wir beides gleich, so folgt: .v. B- e. v. B m. v²= q. v. r Mithilfe des fadenstrahlrohrs kann die spezifische Ladung é bestimmt werden. m 1) Formel für spezifische Ladung: F₁ = 9.v.B F₂ = m.v 4.v.B= m.v 2) e· · B= mx" m.v m = 0 0 0 0 0 0 2u 32,2 2 € e m = X - B spezifische elektronenladung M y r.B •Einheit S kg Der Geschwindigkeitsvekter zeigt immer tangential Die zweite Formel erhalten wir durch das gleichsetzen kinetischer und elektrischer Energie. e. u= 1 m.v² -> nach e umformen. & 2 Magnetfeld zeigt aus der Bildebene heraus Elekbronen von + zu - * Die erste formel zur spezifischen durch das Lorentz- und UA Ladung erhalten wir Gleichsetzen Zentripetalkraft von 238.1 Im Fadenstrahlrohr werden Elektronen von der Lorentz- V= C.B.1 m Geschwindigkeit von e Formel herleiten: @ FL= F₂ (2) Ekin= Wel 1²=I 201 ZU -m auflösen -> V -->>√² Q. ? h 1/ M 10₂ Kreisbahn. o ↑ на O → BE (0) U + von 2 I machen Fadenstrahlrohr Mithilfe eines Fadenstrahlrohrs kann die spezifische Ladung des Elektrons bestimmt werden. In einer sonst gut evakuierten Glasröhre befindet sich Wasser- stoffgas geringen Drucks. In die Glasröhre sind eine Glühkatho- de K und eine Anode A mit Loch eingeschmolzen. Glühelektrisch bei K freigesetzte Elektronen werden durch die Spannung UB zwischen K und A beschleunigt und treten hinter A senkrecht zu den Feldlinien in ein homogenes Magnetfeld der Flussdichte B ein. Dort regen einige von ihnen durch Stoß Wasserstoff- atome an, die bei der Rückkehr in den Grundzustand Licht aussenden. So wird die Kreisbahn der Elektronen sichtbar. Kraftansatz: e.v.B=m.v² r 3 Bewegung geladener Teilchen in Feldern 25 1 ⇒v=.B.r (1) m Energieansatz: m.v² = e.UB ⇒ v²=2UB₁ (2) Spezifische Ladung: (1)² = (2) ⇒ (e)².B².r²=2UB m 2UB e m B2.r2 Elektronenbahn Glashaut- e O UH UB x x X X X A X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X x Induktionsspannung Bewegt man einen Leiter in einem Magnetfeld senkrecht Feldlinien, so wird aufgrund der Lorentz kraft eine Spannung induziert zu den Hierbei verschiebt die f₂ die é im Leiter so, dass an einem Ende ein Elektronen mangel Ende ein Elektronenüberschuss entsteht. und anderen ein elektrisches Feld und somit Nun herrscht zwischen den beiden Enden kann eine Spannung induziert werden. Mit der 3-finger-Regel der linken Hand kann die Kraftrichtung auf die negativen, beweglichen Teilchen im Leite, ermittelt werden Induktionsspannung britt auf bei 1) Anderung der magnetischen Flussdichte bei konstante, fläche 2) Änderung der vom Magnetfeld durchsetzte Fläche eines Leiters bei konstanter magnetischer Flussdichte 3) Änderung von beides Lenz'sche Gesetz = selbstinduktion ↳ Ensteht bei Änderung der Stromstärke Solange in der Spule eine Spannung induziert wird, fließt in der Spule ein Strom. Im inneren der Spule entsteht ein Magnetfeld, das zum äußeren Magnetfeld entgegengesetz wird. Mind >o beim Eintritt in das Magnetfeld = 0 Kind Uind so → fließt Strom I wenn die Leiterschlife komplett im Magnetfeld ist kein Strom beim Austritt X X X X X X X X X X X X Bild 1 0 V X X X XX X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X X Φ(t) At = X X X ->wenn Leiterschleife sich gleichförmig bewegt: V= Ș t -> Spule/Leiterschleife Induktionsspannung Bild 3 ben änderung Fläche: Uin=-DA.B st 10 | > Uin=-n so At Berechnen für f und Uind nimmt man I, da es senkrecht zu v ist für die Zeit, in dem es reingeht nimmt man a, da es parallel zu v ist für Fmag nimmt man das vom magnetischen Feld Diagramme b) t-Uind- bzw.- t--Diagramm: → Leiterstück / Schaukel: Una = B.L. v. ind 1=2cm{ t-u= Zeit, Indunktionsspannung Uind (t) a= 5cm @ 10cm & Ergebnis in minus , andring Flussdichte: Uin=-A.AB st 1 (das At a Breite von Leiter- t Schlafe V was parallel ist) t-B= Zeit, Flussdichte Rechnen: 1) Ladung, die im Platten kondensator mit kreisförmigen Platten gespeichert ist: geg: U= 60V₁ r = 5.10°m 1 in FS steht: C = Q и Q → Die 2 Formeln gleichsetzen: E E A d - E. E₁. A. U d 1 2 PS: A bei Kieis і поч C= EE A d 2) Zusammenhang zwischen Energie / Arbeit und Strecke: in FS: W=Q.E.S → proportional u/ bei Spule : и/ф U= Q=B. A L> B = My Mo.A Infeld L Mind. A. Mr. Mo. DI. nfeld ot Wichtig bei Diagramm zeichnen: A) Spule: U, $ je nach Zeit berechnen, LFür Zeit schaut man auf I-t Diagramm B) Leiterschleife: U bleibt gleich zeit berechnen t₁ = Breite der Schleife V keine Induktion t₂ = Breite des Magnetfeld V t₂ = Breite von Schleifer Magnet V Selbstinduktion. Ändert sich in eine Spule die Spannung 2.B durch das Ein-oder Ausschalten, so wird eine selbstinduktion induziert. Regel ihrer Ursache Diese Spannung wirkt nach der Lenzischen (Anderung der Stromstärke) entgegen. Beim Ausschalten Ischalter öffnen: Beim Ausschalten ändert sich der Strom und das Magnetfeld baut sich ab. Dies führt zu einer Induktionsspannung Auf Grund der Lenzischen Regel wirkt dhe Induktionsspannung den abfallenden Strom und dem abfallenden Magnetfeld entgegen I in A tins Ausschalten Einschalten schalter schließen: Einschalten In de, Spule baut sich beim Schließen des Schalters) Magnetfeld auf. Dieses ruft einen Induktionsspannung hervor, de, dem das Magnetfeld aufbauenden Strom entgegenwirkt. I in A sting Einschalten Wirbelstrom bremse Beispiele: Zug, LKW, Fahrrad... bremsen Erklärung mit Pendel: Beim Schwingen des Pendels im elektrischen magnetfeld wird im Pendel körper Spannung induziert. Im Pendel entstehen Kreisströme. Die Richtung der Ströme folgt lant Lenz ihrer Ursache entgegen. Durch den strom durch flossenen Leiter wirkt eine Kraft entgegen der Bewegungsrichtung. Das Pendel wird gebremst. 2 и IM