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Geladene Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern

Grundwissen

  • Hier findest du vermischte Aufgaben zu allen Themen aus diesem Themenbereich

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Kopplungsparameter

Grundwissen

  • Der Kopplungsparameter bestimmt, wie stark und wie wahrscheinlich eine Wechselwirkung ist.
  • Für jede der vier fundamentalen Wechselwirkungen gibt es einen Kopplungsparameter \(\alpha\).
  • Der Kopplungsparameter der starken Wechselwirkung \(\alpha_{\rm{S}}\) hängt vom Abstand der Elementarteilchen ab und liegt im Bereich von \(0{,}1\) bis \(0{,}5\).
  • Der Kopplungsparameter der schwachen Wechselwirkung ist\({\alpha _{\rm{W}}} \approx \frac{1}{{30}}\) und der elektromagnetischen Wechselwirkung \({\alpha _{\rm{em}}} \approx \frac{1}{{137}}\).

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  • Der Kopplungsparameter bestimmt, wie stark und wie wahrscheinlich eine Wechselwirkung ist.
  • Für jede der vier fundamentalen Wechselwirkungen gibt es einen Kopplungsparameter \(\alpha\).
  • Der Kopplungsparameter der starken Wechselwirkung \(\alpha_{\rm{S}}\) hängt vom Abstand der Elementarteilchen ab und liegt im Bereich von \(0{,}1\) bis \(0{,}5\).
  • Der Kopplungsparameter der schwachen Wechselwirkung ist\({\alpha _{\rm{W}}} \approx \frac{1}{{30}}\) und der elektromagnetischen Wechselwirkung \({\alpha _{\rm{em}}} \approx \frac{1}{{137}}\).

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Big Bang Theory Effekt

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Magnetismus-Denksport - Magnet an Eisen (Animation)

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Die Animation zeigt das Verhalten eines Eisenstücks, dem sich ein Magnet an verschiedenen Stellen nähert.

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Magnetismus-Denksport - Magnet an Kompassnadel (Animation)

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Die Animation zeigt das Verhalten einer Kompassnadel, der sich ein Magnet nähert.

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Ferromagnetismus - Elementarmagnete (Animation)

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Die Animation zeigt die atomare Begründung des Modells der Elementarmagnete.

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Überblick über die Strahlungsarten

Grundwissen

  • Die drei Strahlungsarten unterscheiden sich in vielfältigen Eigenschaften
  • Aber jede der Strahlungsarten kann für den Menschen gefährlich sein

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  • Die drei Strahlungsarten unterscheiden sich in vielfältigen Eigenschaften
  • Aber jede der Strahlungsarten kann für den Menschen gefährlich sein

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Herleitung der Wellenfunktion

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  • Die Wellenfunktion beschreibt die Ausbreitung einer Welle mathematisch.
  • Für eine in positive \(x\)-Richtung laufende Welle gilt: \(y(x;t) = \hat y \cdot \sin \left( {2\pi  \cdot \left( {\frac{t}{T} - \frac{x}{\lambda }} \right)} \right)\)

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  • Die Wellenfunktion beschreibt die Ausbreitung einer Welle mathematisch.
  • Für eine in positive \(x\)-Richtung laufende Welle gilt: \(y(x;t) = \hat y \cdot \sin \left( {2\pi  \cdot \left( {\frac{t}{T} - \frac{x}{\lambda }} \right)} \right)\)

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Größen zur Beschreibung von Induktionsvorgängen

Grundwissen

  • Bei unseren Versuchen und Aufgaben zur Induktion ist das magnetische Feld stets homogen und kann durch einen einzigen Feldvektor \(\vec B\) beschrieben werden.
  • Bei unseren Versuchen und Aufgaben zur Induktion ist die Leiterschleife stets eben und kann durch einen einzigen Flächenvektor \(\vec A\) beschrieben werden. \(\vec A\) beschreibt dabei die (Teil-)Fläche der Leiterschleife, die sich im magnetischen Feld befindet.
  • Bei Induktionsvorgängen ist \(\varphi\) die Weite des Winkels zwischen dem Feldvektor \(\vec B\) und dem Flächenvektor \(\vec A\).

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  • Bei unseren Versuchen und Aufgaben zur Induktion ist das magnetische Feld stets homogen und kann durch einen einzigen Feldvektor \(\vec B\) beschrieben werden.
  • Bei unseren Versuchen und Aufgaben zur Induktion ist die Leiterschleife stets eben und kann durch einen einzigen Flächenvektor \(\vec A\) beschrieben werden. \(\vec A\) beschreibt dabei die (Teil-)Fläche der Leiterschleife, die sich im magnetischen Feld befindet.
  • Bei Induktionsvorgängen ist \(\varphi\) die Weite des Winkels zwischen dem Feldvektor \(\vec B\) und dem Flächenvektor \(\vec A\).

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Erzeugung von RÖNTGEN-Strahlung

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  • In RÖNTGEN-Röhren werden Elektronen stark beschleunigt und treffen dann auf eine Anode aus Metall.
  • Die Beschleunigungsspannungen betragen meist zwischen \(1\,\rm{kV}\) und \(100\,\rm{kV}\).
  • Beim Abbremsen der Elektronen im Anodenmaterial entsteht RÖNTGEN-Strahlung (Bremsstrahlung und Charakteristische Strahlung) und Wärme.
  • Die Wellenlänge von RÖNTGEN-Strahlung liegt etwa zwischen \(1\,\rm{nm}\) und \(1\,\rm{pm}\).

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  • In RÖNTGEN-Röhren werden Elektronen stark beschleunigt und treffen dann auf eine Anode aus Metall.
  • Die Beschleunigungsspannungen betragen meist zwischen \(1\,\rm{kV}\) und \(100\,\rm{kV}\).
  • Beim Abbremsen der Elektronen im Anodenmaterial entsteht RÖNTGEN-Strahlung (Bremsstrahlung und Charakteristische Strahlung) und Wärme.
  • Die Wellenlänge von RÖNTGEN-Strahlung liegt etwa zwischen \(1\,\rm{nm}\) und \(1\,\rm{pm}\).

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WIENscher Geschwindigkeitsfilter

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  • Ein WIENscher Geschwindigkeitsfilter besteht aus einem homogenen elektrischen Feld und einem homogenen magnetischem Feld, die senkrecht zueinander stehen. Die Elektronen treten senkrecht zu beiden Feldern ein.
  • Nur wenn ein Elektron die passende Geschwindigkeit \(v=\frac{E}{B}\) besitzt, sind die elektrische Kraft und die LORENTZ-Kraft auf das Elektronen gleich groß und es passiert den Geschwindigkeitsfilter.

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  • Ein WIENscher Geschwindigkeitsfilter besteht aus einem homogenen elektrischen Feld und einem homogenen magnetischem Feld, die senkrecht zueinander stehen. Die Elektronen treten senkrecht zu beiden Feldern ein.
  • Nur wenn ein Elektron die passende Geschwindigkeit \(v=\frac{E}{B}\) besitzt, sind die elektrische Kraft und die LORENTZ-Kraft auf das Elektronen gleich groß und es passiert den Geschwindigkeitsfilter.

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Botenteilchen

Grundwissen

  • Vermittler der starken Wechselwirkung sind 8 verschiedene Gluonen, die verschiedene Kombinationen an Farbladungen tragen.
  • Vermittler der schwachen Wechselwirkung sind \(W^+\)-, \(W^-\)- und \(Z\)-Bosonen, die eine sehr kurze Lebensdauer und eine sehr geringe Reichweite von ca. \(2\cdot 10^{-18}\,\rm{m}\) haben.
  • Photonen sind die Botenteilchen der elektromagnetischen Wechselwirkung, besitzen keinerlei Ladung und haben daher eine unendliche Reichweite.

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  • Vermittler der starken Wechselwirkung sind 8 verschiedene Gluonen, die verschiedene Kombinationen an Farbladungen tragen.
  • Vermittler der schwachen Wechselwirkung sind \(W^+\)-, \(W^-\)- und \(Z\)-Bosonen, die eine sehr kurze Lebensdauer und eine sehr geringe Reichweite von ca. \(2\cdot 10^{-18}\,\rm{m}\) haben.
  • Photonen sind die Botenteilchen der elektromagnetischen Wechselwirkung, besitzen keinerlei Ladung und haben daher eine unendliche Reichweite.

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Optik

Elektromagnetisches Spektrum

  • Was haben Infrarotstrahlung …
  • … Mikro- und Radiowellen …
  • … und Licht gemeinsam?

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Elektrizitätslehre

Elektromagnetische Wellen

  • Was haben Funkwellen, Licht und RÖNTGEN-Strahlung gemeinsam?
  • Wann entstehen elektromagnetische Wellen?
  • Wie funktioniert ein Mikrowellenherd?

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Elektrizitätslehre

Elektromagnetische Induktion

  • Wie funktioniert ein Elektromotor?
  • Wie erzeugt ein Dynamo elektrischen Strom?
  • Was bewirkt eine Spule?

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Elektromagnetischer Schwingkreis angeregt

Grundwissen

  • Einem angeregten elektromagnetischen Schwingkreis wird eine äußere Spannung \(U(t)\) aufgeprägt.
  •  Die Differentialgleichung lautet \(U(t) = L \cdot \ddot Q + \frac{Q}{C} + R \cdot \dot Q\)

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  • Einem angeregten elektromagnetischen Schwingkreis wird eine äußere Spannung \(U(t)\) aufgeprägt.
  •  Die Differentialgleichung lautet \(U(t) = L \cdot \ddot Q + \frac{Q}{C} + R \cdot \dot Q\)

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Elektrizitätslehre

Magnetisches Feld - Spule

  • Gibt es um Hochspannungsleitungen Felder?
  • Was versteht man unter der „Rechte- bzw. linke-Faust-Regel“?
  • Wie verhindert man Spannungsstöße beim Einschalten?
  • Wofür benötigt man Spulen?

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Elektrizitätslehre

Elektromagnetische Schwingungen

  • Aus welchen Bauteilen besteht ein elektromagnetischer Schwingkreis?
  • Wie lautet die THOMSON-Formel?
  • Wo bleibt die Energie eines gedämpften Schwingkreises?

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Größen zur Beschreibung einer elektromagnetischen Welle (Simulation)

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Die Simulation veranschaulicht die Größen zur Beschreibung einer elektromagnetischen Welle: Amplitude, Frequenz, Ausbreitungsgeschwindigkeit und…

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Wechselwirkung ungleich Gleichgewicht

Grundwissen

  • Wechselwirkungskräfte und Kräftegleichgewicht dürfen nicht verwechselt werden.
  • Wechselwirkungskräfte greifen immer an zwei unterschiedlichen Körpern an, Kräfte im Gleichgewicht an einem einzigen Körper.
  • Wechselwirkungskräfte treten immer auf, ein Kräftegleichgewicht kann nur vorliegen, muss aber nicht.

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  • Wechselwirkungskräfte und Kräftegleichgewicht dürfen nicht verwechselt werden.
  • Wechselwirkungskräfte greifen immer an zwei unterschiedlichen Körpern an, Kräfte im Gleichgewicht an einem einzigen Körper.
  • Wechselwirkungskräfte treten immer auf, ein Kräftegleichgewicht kann nur vorliegen, muss aber nicht.

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Spule als Elektromagnet (Animation)

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Die Animation zeigt eine stromdurchflossene Spule und ihre Wirkung als Elektromagnet.

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Induktion durch Änderung der magnetischen Flussdichte - Grundwissen (Simulation)

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Die Simulation veranschaulicht die Veränderung des magnetischen Flusses \(\Phi\) und damit die Entstehung einer Induktionsspannung \(U_{\rm{i}}\)…

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Regel von LENZ - Abbremsen eines Magnetwagens 2 (Animation)

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Die Animation zeigt den Aufbau, die Durchführung und die Beobachtungen zum zweiten Teilversuch mit Magnetwagen und Spule zur Regel von LENZ.

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Induktion durch Änderung der magnetischen Flussdichte (Sonderfall) - Formelumstellung (Animation)

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Die Animation zeigt das schrittweise Auflösen der Formel zur Berechnung der Amplitude der Induktionsspannung beim Sonderfall der Änderung der…

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Die Animation zeigt das schrittweise Auflösen der Formel zur Berechnung der Amplitude der Induktionsspannung beim Sonderfall der Änderung der…

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Geladene Teilchen im magnetischen Längsfeld (Simulation)

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Die Simulation zeigt die Bewegung geladener Teilchen im magnetischen Längsfeld. Verändert werden können in gewissen Grenzen die magnetische…

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Die Simulation zeigt die Bewegung geladener Teilchen im magnetischen Längsfeld. Verändert werden können in gewissen Grenzen die magnetische…

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Eigenschaften von Permanentmagneten - Kraftwirkung zwischen Polen (Animation)

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Die Animation zeigt die Kraftwirkung zwischen den Polen von Magneten.

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Kompassnadel vor Magnet - Lösung (Animation)

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Die Animation zeigt die Bewegung einer Kompassnadel vor einer Spule, die an eine elektrische Quelle angeschlossen ist und in die ein Weicheisenkern…

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Die Animation zeigt die Bewegung einer Kompassnadel vor einer Spule, die an eine elektrische Quelle angeschlossen ist und in die ein Weicheisenkern…

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Ausbreitung elektromagnetischer Wellen (Animation)

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Diese Simulation zeigt eine elektromagnetische Welle, und zwar eine ebene, linear polarisierte Welle, die sich in positiver \(x\)-Richtung ausbreitet.…

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Diese Simulation zeigt eine elektromagnetische Welle, und zwar eine ebene, linear polarisierte Welle, die sich in positiver \(x\)-Richtung ausbreitet.…

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Modellversuch zur Magnetisierung (Animation)

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Die Animation zeigt die Beobachtungen und die Erklärung zum Modellversuch zur Magnetisierung.

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Kraft auf stromführende Leiter im Magnetfeld - Drei-Finger-Regel der rechten Hand (Animation)

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Die Animation zeigt die Drei-Finger-Regel der rechten Hand.

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