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Induktion durch Änderung der magnetischen Flussdichte (Demonstrationsversuch)
Versuche
- Nachweis einer Induktionsspannung bei zeitlicher Änderung der magnetischen Flussdichte.
- Qualitative Bestimmung der Beziehung zwischen \(\left| {{U_{\rm{i}}}} \right|\) und der Änderungsrate \(\frac{\Delta B}{\Delta t}\).
- Qualitative Bestimmung der Beziehung zwischen \(\left| {{U_{\rm{i}}}} \right|\) und der Querschnittsfläche \(A\) der Induktionsspule.
- Qualitative Bestimmung der Beziehung zwischen \(\left| {{U_{\rm{i}}}} \right|\) und der Windungszahl \(N\) der Induktionsspule.
Versuche
- Nachweis einer Induktionsspannung bei zeitlicher Änderung der magnetischen Flussdichte.
- Qualitative Bestimmung der Beziehung zwischen \(\left| {{U_{\rm{i}}}} \right|\) und der Änderungsrate \(\frac{\Delta B}{\Delta t}\).
- Qualitative Bestimmung der Beziehung zwischen \(\left| {{U_{\rm{i}}}} \right|\) und der Querschnittsfläche \(A\) der Induktionsspule.
- Qualitative Bestimmung der Beziehung zwischen \(\left| {{U_{\rm{i}}}} \right|\) und der Windungszahl \(N\) der Induktionsspule.
Geladene Teilchen im magnetischen Feld (schräger Eintritt)
Grundwissen
- 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 \(h = \frac{{2 \cdot \pi \cdot m \cdot v}}{{q \cdot B}} \cdot \cos \left( \alpha \right)\)
Grundwissen
- 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 \(h = \frac{{2 \cdot \pi \cdot m \cdot v}}{{q \cdot B}} \cdot \cos \left( \alpha \right)\)
HALL-Effekt
Grundwissen
- 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 \({R_{\rm{H}}}\).
Grundwissen
- 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 \({R_{\rm{H}}}\).
Elektromagnetischer Schwingkreis angeregt
Grundwissen
- Einem angeregten elektromagnetischen Schwingkreis wird eine äußere Spannung \(U(t)\) aufgeprägt.
- Die Differentialgleichung lautet \(U(t) = L \cdot \ddot Q + \frac{Q}{C} + R \cdot \dot Q\)
Grundwissen
- Einem angeregten elektromagnetischen Schwingkreis wird eine äußere Spannung \(U(t)\) aufgeprägt.
- Die Differentialgleichung lautet \(U(t) = L \cdot \ddot Q + \frac{Q}{C} + R \cdot \dot Q\)
Geladene Teilchen in elektrischen und magnetischen Feldern
Grundwissen
- Hier findest du vermischte Aufgaben zu allen Themen aus diesem Themenbereich
Grundwissen
- Hier findest du vermischte Aufgaben zu allen Themen aus diesem Themenbereich
Größen zur Beschreibung einer (elektromagnetischen) Welle
Grundwissen
- Amplitude \(\hat E\), Schwingungsdauer \(T\) bzw. Frequenz \(f\) und Intensität \(I\) sind zentrale Größen zur Beschreibung einer elektromagnetischen Welle.
- Für die Wellenlänge gilt \(\lambda=\frac{c}{f}\).
Grundwissen
- Amplitude \(\hat E\), Schwingungsdauer \(T\) bzw. Frequenz \(f\) und Intensität \(I\) sind zentrale Größen zur Beschreibung einer elektromagnetischen Welle.
- Für die Wellenlänge gilt \(\lambda=\frac{c}{f}\).
Synchro-Zyklotron und Synchrotrone
Ausblick
- Synchro-Zyklotrone und später Synchrotrone erhöhen die maximale Energie von Teilchenbeschleunigern im Vergleich zu einfachen Zyklotronen.
- Beim Beschleunigen bzw. beim Ablenken muss das System mit der relativistischen Massenzunahme der Teilchen synchronisiert werden.
- Man unterscheidet Ionen-Synchrotrone und Elektronen-Synchrotrone
Ausblick
- Synchro-Zyklotrone und später Synchrotrone erhöhen die maximale Energie von Teilchenbeschleunigern im Vergleich zu einfachen Zyklotronen.
- Beim Beschleunigen bzw. beim Ablenken muss das System mit der relativistischen Massenzunahme der Teilchen synchronisiert werden.
- Man unterscheidet Ionen-Synchrotrone und Elektronen-Synchrotrone
Herleitung der Wellenfunktion
Grundwissen
- Die Wellenfunktion beschreibt die Ausbreitung einer Welle mathematisch.
- Für eine in positive \(x\)-Richtung laufende Welle gilt: \(y(x;t) = \hat y \cdot \sin \left( {2\pi \cdot \left( {\frac{t}{T} - \frac{x}{\lambda }} \right)} \right)\)
Grundwissen
- 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
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 \(\vec A\).
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 \(\vec A\).
Vorzeichen der Induktionsspannung
Versuche
- Veranschaulichung des Vorzeichens der Induktionsspannung
Versuche
WIENscher Geschwindigkeitsfilter
Grundwissen
- 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.
Grundwissen
- 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.
\(\frac{e}{m_{\rm{e}}}\)-Bestimmung mit dem WIENschen Geschwindigkeitsfilter
Versuche
- Bestimmung der spezifischen Ladung \(\frac{e}{m_{\rm{e}}}\) von Elektronen mit einem WIENschen Geschwindigkeitsfilter
Versuche
- Bestimmung der spezifischen Ladung \(\frac{e}{m_{\rm{e}}}\) von Elektronen mit einem WIENschen Geschwindigkeitsfilter
Versuche
BAINBRIDGE-Massenspektrometer
Versuche
Versuche
Geschichte
Video einer Magnetrollenbahn
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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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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.
Zur Übersicht Zum externen WeblinkVideo zur Schwingung eines Magneten
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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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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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