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Bestimmung der LORENTZ-Kraft
- Herrscht an einem Punkt ein magnetisches Feld \(\vec B\) mit bekannter Richtung, Orientierung und Flussdichte \(B\), und bewegt sich an diesem Punkt ein Teilchen mit der Ladung \(q\) und der Geschwindigkeit \(\vec v\), dann kannst du die Richtung, die Orientierung und den Betrag der LORENTZ-Kraft \(\vec F_{\rm{L}}\) auf dieses Teilchen bestimmen.
- Die Richtung und die Orientierung der LORENTZ-Kraft \(\vec F_{\rm{L}}\) auf das Teilchen bestimmst du mit Hilfe der Drei-Finger-Regel der rechten Hand (Daumen in Bewegungsrichtung eines positiv geladenen Teilchens, Zeigefinger in Magnetfeldrichtung → Mittelfinger in Kraftrichtung).
- Den Betrag \(F_{\rm{L}}\) der LORENTZ-Kraft auf das Teilchen berechnest du mit der Formel \({F_{{\rm{L}}}} = q \cdot v \cdot B \cdot \sin \left( \varphi \right)\), wobei \(\varphi\) die Weite des Winkels zwischen \(\vec B\) und \(\vec v\) ist.
- Herrscht an einem Punkt ein magnetisches Feld \(\vec B\) mit bekannter Richtung, Orientierung und Flussdichte \(B\), und bewegt sich an diesem Punkt ein Teilchen mit der Ladung \(q\) und der Geschwindigkeit \(\vec v\), dann kannst du die Richtung, die Orientierung und den Betrag der LORENTZ-Kraft \(\vec F_{\rm{L}}\) auf dieses Teilchen bestimmen.
- Die Richtung und die Orientierung der LORENTZ-Kraft \(\vec F_{\rm{L}}\) auf das Teilchen bestimmst du mit Hilfe der Drei-Finger-Regel der rechten Hand (Daumen in Bewegungsrichtung eines positiv geladenen Teilchens, Zeigefinger in Magnetfeldrichtung → Mittelfinger in Kraftrichtung).
- Den Betrag \(F_{\rm{L}}\) der LORENTZ-Kraft auf das Teilchen berechnest du mit der Formel \({F_{{\rm{L}}}} = q \cdot v \cdot B \cdot \sin \left( \varphi \right)\), wobei \(\varphi\) die Weite des Winkels zwischen \(\vec B\) und \(\vec v\) ist.
Induktion durch Änderung der magnetischen Flussdichte
In einer Induktionsanordnung gelten folgende Bedingungen:
- die Richtung des magnetischen Feldvektors \(\vec B\) des homogenen magnetischen Feldes ist konstant
- der Flächenvektor \(\vec A\) der (Teil-)Fläche der Leiterschleife oder der Spule mit Windungszahl \(N\), die sich im magnetischen Feld befindet, ist konstant
- die Weite \(\varphi\) des Winkels zwischen dem Feldvektor \(\vec B\) und dem Flächenvektor \(\vec A\) ist damit ebenfalls konstant.
Wenn sich die magnetische Flussdichte \(B\) mit der Änderungsrate \(\frac{dB}{dt}\) ändert, dann berechnet sich die Induktionsspannung \(U_{\rm{i}}\) durch \(U_{\rm{i}}\left(t\right) = - N \cdot \frac{dB}{dt} \cdot A \cdot \cos\left(\varphi\right)\).
In einer Induktionsanordnung gelten folgende Bedingungen:
- die Richtung des magnetischen Feldvektors \(\vec B\) des homogenen magnetischen Feldes ist konstant
- der Flächenvektor \(\vec A\) der (Teil-)Fläche der Leiterschleife oder der Spule mit Windungszahl \(N\), die sich im magnetischen Feld befindet, ist konstant
- die Weite \(\varphi\) des Winkels zwischen dem Feldvektor \(\vec B\) und dem Flächenvektor \(\vec A\) ist damit ebenfalls konstant.
Wenn sich die magnetische Flussdichte \(B\) mit der Änderungsrate \(\frac{dB}{dt}\) ändert, dann berechnet sich die Induktionsspannung \(U_{\rm{i}}\) durch \(U_{\rm{i}}\left(t\right) = - N \cdot \frac{dB}{dt} \cdot A \cdot \cos\left(\varphi\right)\).
Induktion durch Änderung des Flächeninhalts
In einer Induktionsanordnung gelten folgende Bedingungen:
- der Feldvektor \(\vec B\) (und damit die Richtung, die Orientierung und die Flussdichte) des homogenen magnetischen Feldes ist konstant
- die Richtung und die Orientierung des Flächenvektors \(\vec A\) des Teils der Leiterschleife, der vom magnetische Feld durchsetzt wird, sind konstant
- die Weite \(\varphi\) des Winkels zwischen Flächenvektor \(\vec A\) und Feldvektor \(\vec B\) ist konstant
Wenn sich der Betrag \(A\), d.h. der Inhalt der Fläche des Teils der Leiterschleife oder Spule mit Windungszahl \(N\), die vom magnetischen Feld durchsetzt wird, mit der Änderungsrate \(\frac{dA}{dt}\) ändert, dann berechnet sich die Induktionsspannung \(U_{\rm{i}}\) durch \(U_{\rm{i}} = - N \cdot B \cdot \frac{dA}{dt} \cdot \cos\left(\varphi\right)\).
In einer Induktionsanordnung gelten folgende Bedingungen:
- der Feldvektor \(\vec B\) (und damit die Richtung, die Orientierung und die Flussdichte) des homogenen magnetischen Feldes ist konstant
- die Richtung und die Orientierung des Flächenvektors \(\vec A\) des Teils der Leiterschleife, der vom magnetische Feld durchsetzt wird, sind konstant
- die Weite \(\varphi\) des Winkels zwischen Flächenvektor \(\vec A\) und Feldvektor \(\vec B\) ist konstant
Wenn sich der Betrag \(A\), d.h. der Inhalt der Fläche des Teils der Leiterschleife oder Spule mit Windungszahl \(N\), die vom magnetischen Feld durchsetzt wird, mit der Änderungsrate \(\frac{dA}{dt}\) ändert, dann berechnet sich die Induktionsspannung \(U_{\rm{i}}\) durch \(U_{\rm{i}} = - N \cdot B \cdot \frac{dA}{dt} \cdot \cos\left(\varphi\right)\).
Induktion durch Änderung der Winkelweite
In einer Induktionsanordnung gelten folgende Bedingungen:
- die magnetische Flussdichte \(B\) des homogenen magnetischen Feldes ist konstant
- der Flächeninhalt \(A\) der (Teil-)Fläche der Leiterschleife oder Spule mit der Windungszahl \(N\), die sich im magnetischen Feld befindet, ist konstant
Wenn sich die Richtung oder die Orientierung des Feldvektors \(\vec B\) oder des Flächenvektors \(\vec A\) und damit die Weite \(\varphi\) des Winkels zwischen dem Feldvektor \(\vec B\) und dem Flächenvektor \(\vec A\) mit der Änderungsrate \(\frac{d \varphi}{dt}\) ändert, dann berechnet sich die Induktionsspannung \(U_{\rm{i}}\) durch \(U_{\rm{i}} = N \cdot B \cdot A \cdot \frac{d \varphi}{dt} \cdot \sin\left(\varphi\right)\).
In einer Induktionsanordnung gelten folgende Bedingungen:
- die magnetische Flussdichte \(B\) des homogenen magnetischen Feldes ist konstant
- der Flächeninhalt \(A\) der (Teil-)Fläche der Leiterschleife oder Spule mit der Windungszahl \(N\), die sich im magnetischen Feld befindet, ist konstant
Wenn sich die Richtung oder die Orientierung des Feldvektors \(\vec B\) oder des Flächenvektors \(\vec A\) und damit die Weite \(\varphi\) des Winkels zwischen dem Feldvektor \(\vec B\) und dem Flächenvektor \(\vec A\) mit der Änderungsrate \(\frac{d \varphi}{dt}\) ändert, dann berechnet sich die Induktionsspannung \(U_{\rm{i}}\) durch \(U_{\rm{i}} = N \cdot B \cdot A \cdot \frac{d \varphi}{dt} \cdot \sin\left(\varphi\right)\).
Induktionserscheinungen
Induktionsspannungen \(U_{\rm{i}}\) kann man beobachten, wenn sich in einer Induktionsanordnung (ein magnetisches Feld und eine Leiterschleife mit angeschlossenem Spannungsmesser) eine der folgenden Größe ändert:
- die magnetische Flussdichte \(B\) des magnetischen Feldes
- der Inhalt \(A\) der Fläche der Leiterschleife, die vom magnetischen Feld durchsetzt wird
- die Weite \(\varphi\) des Winkels zwischen dem magnetischem Feld und der Leiterschleife
Induktionsspannungen \(U_{\rm{i}}\) kann man beobachten, wenn sich in einer Induktionsanordnung (ein magnetisches Feld und eine Leiterschleife mit angeschlossenem Spannungsmesser) eine der folgenden Größe ändert:
- die magnetische Flussdichte \(B\) des magnetischen Feldes
- der Inhalt \(A\) der Fläche der Leiterschleife, die vom magnetischen Feld durchsetzt wird
- die Weite \(\varphi\) des Winkels zwischen dem magnetischem Feld und der Leiterschleife
Größen zur Beschreibung einer (elektromagnetischen) Welle
- Amplitude \(\hat E\), Schwingungsdauer \(T\) bzw. Frequenz \(f\) und Intensität \(I\) sind zentrale Größen zur Beschreibung einer elektromagnetischen Welle.
- Für die Wellenlänge gilt \(\lambda=\frac{c}{f}\).
- Amplitude \(\hat E\), Schwingungsdauer \(T\) bzw. Frequenz \(f\) und Intensität \(I\) sind zentrale Größen zur Beschreibung einer elektromagnetischen Welle.
- Für die Wellenlänge gilt \(\lambda=\frac{c}{f}\).
Spezifischer Widerstand
- Der spezifische Widerstand \(\rho\) ist eine Materialkonstante des verwendeten Materials.
- Für den spezifische Widerstand gilt \(\rho = \frac{{R \cdot A}}{l}\), der Widerstand eines Leiters berechnet man mittels \(R = \rho \cdot \frac{l}{A}\).
- Gute Leiter wie Silber oder Kupfer haben einen geringen spezifischen Widerstand, Isolatoren einen sehr hohen spezifischen Widerstand.
- Der spezifische Widerstand \(\rho\) ist eine Materialkonstante des verwendeten Materials.
- Für den spezifische Widerstand gilt \(\rho = \frac{{R \cdot A}}{l}\), der Widerstand eines Leiters berechnet man mittels \(R = \rho \cdot \frac{l}{A}\).
- Gute Leiter wie Silber oder Kupfer haben einen geringen spezifischen Widerstand, Isolatoren einen sehr hohen spezifischen Widerstand.
Online Lernspiele der SWM zur Elektrizität
Die Stadtwerke München stellen online eine Reihe von einfachen Lernspielen über die Elektrizitätslehre zur Verfügung, mit denen Schülerinnen und Schüler ihr Wissen testen und ausbauen können.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zur Schwingung eines Magneten
Ein kurzes Video, das die Schwingung eines Permanentmagneten im Feld eines anderen Magneten zeigt. Das Video wurde von der Ecole Sience als Open Educational Resources (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zur Regel von Lenz
Ein kurzes Video, das einen Versuch zur Lenz'schen Regel zeigt. Ein Neodym-Magnet wird durch ein Kupfer- und ein Kunststoffrohr fallen gelassen. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo einer Magnetrollenbahn
Dieses Video zeigt eine Magnetrollenbahn. Dabei liegen mehrere Permanentmagnete auf einer Schiene und werden, durch eine anfängliche Bewegung eines Magneten, in Schwingung versetzt. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zum Oersted-Versuch (I)
Das Video demonstriert den Oersted-Versuch. Es zeigt wie sich ein Permanentmagnet im Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule dreht. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zum Oersted-Versuch (II)
Ein weiteres Video, das den Oersted-Versuch demonstriert. Hier wird gezeigt, wie sich eine Kompassnadel im Feld eines stromdurchflossenen Leiters ausrichtet. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zur Schwingungsdämpfung durch Wirbelströme
Das Video zeigt die Dämpfung eines Pohl'schen Pendels durch Wirbelströme. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zum Magnetfeld eines Stabmagneten
Das Video zeigt das Magnetfeld eines Stabmagneten. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zur Entladungskurve eines Kondensators
Dieses Video zeigt die Entladung eines Kondensators und eignet sich gut als Ersatz für den Versuch im Unterricht. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zur Influenz an einem Elektroskop
Das Video zeigt wie ein Elektroskop durch Inlfuenz mithilfe eines negativ geladenen Stabs ausschlägt. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo einer Christbaumkugel im Plattenkondesator
Das Video zeigt den Effekt einer beschichteten Christbaumkugel im Plattenkondensator. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zu gedämpften elektromagnetischen Schwingungen
Dieses Video zeigt den Aufbau eines gedämpften elektromagnetischen Schwingkreises samt Oszilloskopaufnahmen. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zur Schwingung eines elektromagnetischen Schwingkreises
Dieses Video verdeutlicht die Frequenz der Schwingungen eines elektromagnetischen Schwingkreises mit variablem Spulenkern mithilfe eines Lautsprechers, der die Frequenzen direkt wiedergibt. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zur Leiterschaukel
Dieses Video zeigt das Experiment eines stromdurchflossenen Leiters in einem Magnetfeld, der sogenannten Leiterschaukel. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zum Thomschon'schen Ringversuch
Dieses Video zeigt den Thomson'schen Ringversuch, bei dem ein Aluminiumring von einem Magnetfeld, das von einer Spule induziert wird, beschleunigt und in die Luft geschleudert wird. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zur Horizontalintensität des Erdmagnetfeldes
Dieses Video zeigt einen Versuchsaufbau zur Bestimmung der Horizontalintensität des Erdmagnetfeldes mithilfe einer stromdurchflossenen Spule und eines Kompasses. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zum Modell eines Elektromotors
Diese Video zeigt das Modell eines Elektromotors und die Messungen aller relevanten Größen. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zum Hallwachseffekt
Dieses Video zeigt den Aufbau und das Ergebnis des Hallwachseffekts. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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Zum externen WeblinkDas Kompass-Rätsel auf der ISS
In diesem Video des "Flying Classroom" von DLR_next zeigt euch Alexander Gerst, wie sich ein Kompass während einer Erdumrundung der ISS im Vergleich ihrer Position über der Erde verhält.
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkExperiment zur Kristallisation mit geladenen Kügelchen (Video von der ISS)
In diesem Video vom Flying Classroom von DLR_next zeigt euch Alexander Gerst auf der Internationalen Raumstation (ISS) ein Experiment, das die Entstehung von Kristallgittern, mithilfe von elektrisch geladenen Nylon- und Teflonkugeln, veranschaulicht. Viel Spaß biem Anschauen!
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkOrbit eines Wassertropfens durch Elektrostatische Anziehung (Video von der ISS)
In diesem Video vom Flying Classroom von DLR_next zeigt euch Alexander Gerst auf der Internationalen Raumstation ein Experiment, in dem ein Wassertropfen in einem Orbit um einen elekrostatisch aufgeladenen Teflonstab schwebt. Viel Spaß beim Anschauen!
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkEin Magnet in der Schwerelosigkeit (Video von der ISS)
In diesem Video des Flying Classroom von DLR_next zeigt euch Alexander Gerst wie sich ein Permantenmagnet in der Schwerelosigkeit der Internationalen Raumstation (ISS) verhält und wie er sich am Erdmagnetfeld ausrichtet. Viel Spaß!
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Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zum klassischen Hallwachseffekt
Dieses Video zeigt den Hallwachseffekt, bei dem Elektronen aus einer Metalloberfläche durch Bestrahlung herausgelöt werden. Dafür wird eine Metallplatte statisch aufgeladen und dann mit Licht bestrahlt. Das Video wurde von der Ecole Science als Open Educational Resource (OER) veröffentlicht.
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