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Induktion und LORENTZ-Kraft
- Das Auftreten von Induktionsspannungen kann mithilfe der LORENTZ-Kraft erklärt werden
- Ändert sich die von Magnetfeld durchsetzte Fläche einer Spule, so tritt Induktion auf
- Eine Flächenänderung kann auch durch Rotation der Spule erreicht werden
- Das Auftreten von Induktionsspannungen kann mithilfe der LORENTZ-Kraft erklärt werden
- Ändert sich die von Magnetfeld durchsetzte Fläche einer Spule, so tritt Induktion auf
- Eine Flächenänderung kann auch durch Rotation der Spule erreicht werden
Stehende elektromagnetische Welle (Simulation)
- Stehende elektromagnetische Wellen entstehen z.B. durch Überlagerung einer einlaufenden Welle mit der in der Metallplatte induzierten Welle.
- Der Abstand zweier benachbarter Knoten der stehenden Welle ist gleich der halben Wellenlänge der ursprünglichen, fortschreitenden Welle.
- Stehende elektromagnetische Wellen entstehen z.B. durch Überlagerung einer einlaufenden Welle mit der in der Metallplatte induzierten Welle.
- Der Abstand zweier benachbarter Knoten der stehenden Welle ist gleich der halben Wellenlänge der ursprünglichen, fortschreitenden Welle.
Geladene Teilchen im magnetischen Längsfeld
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Geladene Teilchen, die in einem magnetischen Feld ruhen, erfahren keine Kraft und bleiben in Ruhe.
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Geladene Teilchen, die sich parallel zu den Feldlinien eines magnetischen Feldes bewegen, erfahren ebenfalls keine Kraft und bewegen sich geradlinig gleichförmig weiter.
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Geladene Teilchen, die in einem magnetischen Feld ruhen, erfahren keine Kraft und bleiben in Ruhe.
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Geladene Teilchen, die sich parallel zu den Feldlinien eines magnetischen Feldes bewegen, erfahren ebenfalls keine Kraft und bewegen sich geradlinig gleichförmig weiter.
Berechnung des magnetischen Flusses durch einen Würfel im Magnetfeld
a) Berechne den magnetischen Fluss durch den Würfel. …
Zur Aufgabea) Berechne den magnetischen Fluss durch den Würfel. …
Zur AufgabeElektrisches Feld und Feldliniendarstellung
- Im Raum um eine Ladung herrscht ein elektrisches Feld. Dieses elektrische Feld überträgt die Kraftwirkung dieser Ladung auf andere Ladungen.
- Die elektrische Feldstärke ist definiert als der Quotient aus der elektrischen Kraft \({\vec F_{\rm{el}}}\) auf eine Probeladung und der Probeladung \(q\): \(\vec E = \frac{{{{\vec F}_{\rm{el}}}}}{q}\).
- Für die elektrische Feldstärke \(\vec E\) im Raum um eine punktförmige Ladung \(Q\) gilt: Der Feldstärkevektor ist für eine positive Ladung radial von der Ladung weg und für eine negative Ladung radial zur Ladung hin orientiert, der Betrag ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands \(r\) und hat den Wert \(E = \frac{1}{4 \cdot \pi \cdot \varepsilon_0} \cdot \frac{\left|Q\right|}{r^2}\).
- Die elektrische Feldstärke \(\vec E\) im Zwischenraum zweier entgegengesetzt geladener Platten (Flächeninhalt \(A\), Ladung \(Q\)) ist konstant (homogenes elektrisches Feld). Der Feldstärkevektor steht senkrecht zu den Plattenoberflächen, ist von der positiv zur negativ geladenen Platte orientiert und hat den Betrag \(E = \frac{1}{\varepsilon_0} \cdot \frac{\left|Q\right|}{A}\).
- Im Raum um eine Ladung herrscht ein elektrisches Feld. Dieses elektrische Feld überträgt die Kraftwirkung dieser Ladung auf andere Ladungen.
- Die elektrische Feldstärke ist definiert als der Quotient aus der elektrischen Kraft \({\vec F_{\rm{el}}}\) auf eine Probeladung und der Probeladung \(q\): \(\vec E = \frac{{{{\vec F}_{\rm{el}}}}}{q}\).
- Für die elektrische Feldstärke \(\vec E\) im Raum um eine punktförmige Ladung \(Q\) gilt: Der Feldstärkevektor ist für eine positive Ladung radial von der Ladung weg und für eine negative Ladung radial zur Ladung hin orientiert, der Betrag ist umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands \(r\) und hat den Wert \(E = \frac{1}{4 \cdot \pi \cdot \varepsilon_0} \cdot \frac{\left|Q\right|}{r^2}\).
- Die elektrische Feldstärke \(\vec E\) im Zwischenraum zweier entgegengesetzt geladener Platten (Flächeninhalt \(A\), Ladung \(Q\)) ist konstant (homogenes elektrisches Feld). Der Feldstärkevektor steht senkrecht zu den Plattenoberflächen, ist von der positiv zur negativ geladenen Platte orientiert und hat den Betrag \(E = \frac{1}{\varepsilon_0} \cdot \frac{\left|Q\right|}{A}\).
HALL-Effekt
- Befindet sich ein stromdurchflossener Leiter in einem homogenen Magnetfeld, dann baut sich senkrecht sowohl zur Stromfluss- als auch zur Magnetfeldrichtung über dem Leiter eine Spannung, die sogenannte HALL-Spannung \(U_{\rm{H}}\) auf.
- Ist \(I\) die Stärke des Stroms durch den Leiter, \(B\) die magnetische Feldstärke und \(d\) die Dicke des Leiters parallel zu \(\vec B\), dann berechnet sich die HALL-Spannung durch \({U_{\rm{H}}} = {R_{\rm{H}}} \cdot \frac{{I \cdot B}}{d}\) mit der vom Material des Leiters abhängigen HALL-Konstanten \({R_{\rm{H}}}\).
- Befindet sich ein stromdurchflossener Leiter in einem homogenen Magnetfeld, dann baut sich senkrecht sowohl zur Stromfluss- als auch zur Magnetfeldrichtung über dem Leiter eine Spannung, die sogenannte HALL-Spannung \(U_{\rm{H}}\) auf.
- Ist \(I\) die Stärke des Stroms durch den Leiter, \(B\) die magnetische Feldstärke und \(d\) die Dicke des Leiters parallel zu \(\vec B\), dann berechnet sich die HALL-Spannung durch \({U_{\rm{H}}} = {R_{\rm{H}}} \cdot \frac{{I \cdot B}}{d}\) mit der vom Material des Leiters abhängigen HALL-Konstanten \({R_{\rm{H}}}\).
Geladene Teilchen im magnetischen Feld (schräger Eintritt)
- Tritt ein geladenes Teilchen schräg zu den Feldlinien in ein homogenes Magnetisches Feld ein, so durchläuft es im B-Feld eine Schraubenlinie.
- Für den Radius der Schraubenlinie gilt \(r = \frac{{m \cdot v}}{{q \cdot B}} \cdot \sin \left( \alpha \right)\)
- Die Ganghöhe beträgt \(h = \frac{{2 \cdot \pi \cdot m \cdot v}}{{q \cdot B}} \cdot \cos \left( \alpha \right)\)
- Tritt ein geladenes Teilchen schräg zu den Feldlinien in ein homogenes Magnetisches Feld ein, so durchläuft es im B-Feld eine Schraubenlinie.
- Für den Radius der Schraubenlinie gilt \(r = \frac{{m \cdot v}}{{q \cdot B}} \cdot \sin \left( \alpha \right)\)
- Die Ganghöhe beträgt \(h = \frac{{2 \cdot \pi \cdot m \cdot v}}{{q \cdot B}} \cdot \cos \left( \alpha \right)\)
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 \(\lambda=\frac{c}{f}\).
Geladene Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern
- Hier findest du vermischte Aufgaben zu allen Themen aus diesem Themenbereich
- Hier findest du vermischte Aufgaben zu allen Themen aus diesem Themenbereich
Herleitung der Wellenfunktion
- Die Wellenfunktion beschreibt die Ausbreitung einer Welle mathematisch.
- Für eine in positive \(x\)-Richtung laufende Welle gilt: \(y(x;t) = \hat y \cdot \sin \left( {2\pi \cdot \left( {\frac{t}{T} - \frac{x}{\lambda }} \right)} \right)\)
- Die Wellenfunktion beschreibt die Ausbreitung einer Welle mathematisch.
- Für eine in positive \(x\)-Richtung laufende Welle gilt: \(y(x;t) = \hat y \cdot \sin \left( {2\pi \cdot \left( {\frac{t}{T} - \frac{x}{\lambda }} \right)} \right)\)
Größen zur Beschreibung von Induktionsvorgängen
- 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 \(\vec A\).
- 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 \(\vec A\).
WIENscher Geschwindigkeitsfilter
- 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.
- 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.
Elektromagnetischer Schwingkreis angeregt
- Einem angeregten elektromagnetischen Schwingkreis wird eine äußere Spannung \(U(t)\) aufgeprägt.
- Die Differentialgleichung lautet \(U(t) = L \cdot \ddot Q + \frac{Q}{C} + R \cdot \dot Q\)
- Einem angeregten elektromagnetischen Schwingkreis wird eine äußere Spannung \(U(t)\) aufgeprägt.
- Die Differentialgleichung lautet \(U(t) = L \cdot \ddot Q + \frac{Q}{C} + R \cdot \dot Q\)
Induktion durch Änderung der magnetischen Flussdichte (Sonderfall) - Formelumstellung
Um Aufgaben rund um den Sonderfall bei der die Induktion durch Änderung der magnetischen Flussdichte zu lösen musst du häufig die Gleichung \(\hat…
Zur AufgabeUm Aufgaben rund um den Sonderfall bei der die Induktion durch Änderung der magnetischen Flussdichte zu lösen musst du häufig die Gleichung \(\hat…
Zur AufgabeInduktion durch Änderung der magnetischen Flussdichte - Formelumstellung
Um Aufgaben rund um die Induktion durch Änderung der magnetischen Flussdichte zu lösen, musst du häufig die Gleichung \({U_{\rm{i}}} = - {N} \cdot…
Zur AufgabeUm Aufgaben rund um die Induktion durch Änderung der magnetischen Flussdichte zu lösen, musst du häufig die Gleichung \({U_{\rm{i}}} = - {N} \cdot…
Zur AufgabeQuiz zur Formel für die magnetische Flussdichte in der Umgebung von geraden Leitern
Reale elektromagnetische Schwingung (Abitur BY 2017 Ph11 A1-2)
Im Unterricht soll der zeitliche Verlauf der Spannung in einem elektromagnetischen Schwingkreis aufgezeichnet werden. Dafür stehen unter anderem ein…
Zur AufgabeIm Unterricht soll der zeitliche Verlauf der Spannung in einem elektromagnetischen Schwingkreis aufgezeichnet werden. Dafür stehen unter anderem ein…
Zur AufgabeBestimmung der magnetischen Kraft - Formelumstellung
Um Aufgaben rund um die Berechnung der magnetischen Kraft zu lösen musst du häufig die Gleichung \({F_{{\rm{mag}}}} = I \cdot l \cdot B \cdot…
Zur AufgabeUm Aufgaben rund um die Berechnung der magnetischen Kraft zu lösen musst du häufig die Gleichung \({F_{{\rm{mag}}}} = I \cdot l \cdot B \cdot…
Zur AufgabePositive Ladung im magnetischen Längsfeld
Ein positiv geladenes Teilchen wird so in ein magnetisches Feld geschossen, dass die Feldlinien parallel zur Anfangsgeschwindigkeit des Teilchens…
Zur AufgabeEin positiv geladenes Teilchen wird so in ein magnetisches Feld geschossen, dass die Feldlinien parallel zur Anfangsgeschwindigkeit des Teilchens…
Zur AufgabeMechanische und elektromagnetische Schwingungen
a)An eine vertikal aufgehängte Schraubenfeder wird ein Körper mit der Masse \(m=0{,}30\,\rm{kg}\) gehängt. Dadurch wird die Feder um \(x =…
Zur Aufgabea)An eine vertikal aufgehängte Schraubenfeder wird ein Körper mit der Masse \(m=0{,}30\,\rm{kg}\) gehängt. Dadurch wird die Feder um \(x =…
Zur AufgabeStandardaufgabe zur Induktion durch Änderung der magnetischen Flussdichte
Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Skizze zum AufbauEin Elektromagnet mit quadratischem Querschnitt mit der Seitenlänge \(10\,\rm{cm}\) erzeugt…
Zur AufgabeJoachim Herz Stiftung Abb. 1 Skizze zum AufbauEin Elektromagnet mit quadratischem Querschnitt mit der Seitenlänge \(10\,\rm{cm}\) erzeugt…
Zur AufgabeBestimmung der magnetischen Flussdichte (Abitur BW 1982 LK)
Durch einen Versuch soll die magnetische Flussdichte \(B\) zwischen den Polen eines Hufeisenmagneten bestimmt werden. Man hängt dabei eine…
Zur AufgabeDurch einen Versuch soll die magnetische Flussdichte \(B\) zwischen den Polen eines Hufeisenmagneten bestimmt werden. Man hängt dabei eine…
Zur AufgabeQuiz zur Formel für die magnetische Flussdichte in der Mittelebene von HELMHOLTZ-Spulen
Quiz zur Formel für die magnetische Flussdichte im Innenraum von luftgefüllten Zylinderspulen
Elektronen in elektrischen und magnetischen Feldern (Abitur BY 2017 Ph11 A1-1)
Joachim Herz Stiftung Abb. 1 Mit dem skizzierten Versuchsaufbau können Elektronenbahnen in elektrischen und magnetischen Feldern untersucht…
Zur AufgabeJoachim Herz Stiftung Abb. 1 Mit dem skizzierten Versuchsaufbau können Elektronenbahnen in elektrischen und magnetischen Feldern untersucht…
Zur AufgabeElektronenbewegung im Magnetron (Abitur BY 2021 Ph 11-2 A1)
Betrachtet wird ein homogenes Magnetfeld der Flussdichte \({B = 21\,\rm{mT}}\). Senkrecht zur Magnetfeldrichtung bewegen sich Elektronen auf einer…
Zur AufgabeBetrachtet wird ein homogenes Magnetfeld der Flussdichte \({B = 21\,\rm{mT}}\). Senkrecht zur Magnetfeldrichtung bewegen sich Elektronen auf einer…
Zur AufgabeRotierende Spule im Erdmagnetfeld (Abitur BY 2015 Ph11 A2-2)
Eine rechteckige Spule mit \(N\) Windungen und den Seitelängen \(a\) und \(b\) ist auf eine Rotationsachse montiert, die in senkrechter Position in…
Zur AufgabeEine rechteckige Spule mit \(N\) Windungen und den Seitelängen \(a\) und \(b\) ist auf eine Rotationsachse montiert, die in senkrechter Position in…
Zur Aufgabe