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Zyklotron
Ausblick
- Ein Zyklotron beschleunigt Teilchen platzsparend auf spiralähnlichen Bahnen
- Die Teilchen bewegen sich dabei senkrecht zu einem homogenen Magnetfeld
- Durch das E-Feld einer hochfrequenten Wechselspannung zwischen den beiden Duanten werden die Teilchen beschleunigt
Ausblick
- Ein Zyklotron beschleunigt Teilchen platzsparend auf spiralähnlichen Bahnen
- Die Teilchen bewegen sich dabei senkrecht zu einem homogenen Magnetfeld
- Durch das E-Feld einer hochfrequenten Wechselspannung zwischen den beiden Duanten werden die Teilchen beschleunigt
Geschichte
Geladene Teilchen im magnetischen Längsfeld
Grundwissen
-
Geladene Teilchen, die in einem magnetischen Feld ruhen, erfahren keine Kraft und bleiben in Ruhe.
-
Geladene Teilchen, die sich parallel zu den Feldlinien eines magnetischen Feldes bewegen, erfahren ebenfalls keine Kraft und bewegen sich geradlinig gleichförmig weiter.
Grundwissen
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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.
Stehende elektromagnetische Welle (Simulation)
Grundwissen
- 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.
Grundwissen
- 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.
Magnetischer Fluss und Induktionsgesetz - Magnetischer Fluss (Simulation)
Download (
Simulation
)
Die Simulation veranschaulicht den magnetischen Flusses \(\Phi\) in Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte \(B\), dem Flächeninhalt \(A\) und…
Zum Download
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Die Simulation veranschaulicht den magnetischen Flusses \(\Phi\) in Abhängigkeit von der magnetischen Flussdichte \(B\), dem Flächeninhalt \(A\) und…
Zum DownloadMagnetischen Kraft und Definition der magnetischen Flussdichte mit dem Kraftsensor
Versuche
- Erarbeitung der Formel für die magnetische Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter
- Definition der magnetischen Flussdichte \(B\)
Versuche
- Erarbeitung der Formel für die magnetische Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter
- Definition der magnetischen Flussdichte \(B\)
Versuche
Elektrisches Feld und Feldliniendarstellung
Grundwissen
- 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 \(E = \frac{1}{\varepsilon_0} \cdot \frac{\left|Q\right|}{A}\).
Grundwissen
- 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 \(E = \frac{1}{\varepsilon_0} \cdot \frac{\left|Q\right|}{A}\).
Magnetfeld von langen Zylinderspulen (qualitativ)
Versuche
- Demonstration des Magnetfelds (insbesonder im Innenraum) von langen Zylinderspulen
Versuche
- Demonstration des Magnetfelds (insbesonder im Innenraum) von langen Zylinderspulen
Elektrische Klingel
Ausblick
- Kern einer klassischen Klingel ist ein Elektromagnet
- Durch clever Schaltung wird dieser abwechselnd ein- und ausgeschaltet
Ausblick
- Kern einer klassischen Klingel ist ein Elektromagnet
- Durch clever Schaltung wird dieser abwechselnd ein- und ausgeschaltet
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.
Quantenmechanische Systematisierung des Periodensystems
Grundwissen
- Die Zustände der gebundenen Elektronen eines Atoms werden mit den Quantenzahlen beschrieben.
- Es gibt vier unterschiedliche Quantenzahlen: Hauptquantenzahl \(n\), Nebenquantenzahl \(l\), magnetische Quantenzahl \(m\) und Spin-Quantenzahl \(s\).
- Das PAULI-Prinzip besagt, dass in einem Atom niemals zwei Elektronen in allen vier Quantenzahlen übereinstimmen können.
Grundwissen
- Die Zustände der gebundenen Elektronen eines Atoms werden mit den Quantenzahlen beschrieben.
- Es gibt vier unterschiedliche Quantenzahlen: Hauptquantenzahl \(n\), Nebenquantenzahl \(l\), magnetische Quantenzahl \(m\) und Spin-Quantenzahl \(s\).
- Das PAULI-Prinzip besagt, dass in einem Atom niemals zwei Elektronen in allen vier Quantenzahlen übereinstimmen können.
Kraft auf stromdurchflossene Alufolie
Versuche
- Veranschaulichung der magnetischen Kraftwirkung auf einen stromdurchflossenen Leiter
- Untersuchung der Richtung der magnetischen Kraftwirkung
- Herleitung oder Bestätigung der Drei-Finger-Regel
Versuche
- Veranschaulichung der magnetischen Kraftwirkung auf einen stromdurchflossenen Leiter
- Untersuchung der Richtung der magnetischen Kraftwirkung
- Herleitung oder Bestätigung der Drei-Finger-Regel
Versuche
Versuche
Erdmagnetfeld durch Induktion
Versuche
- Ermittlung der Horizontal- und Vertikalkomponente des Erdmagnetfeldes durch Induktion
- Bestimmung des Inklinationswinkels der Magnetfeldlinien
Versuche
- Ermittlung der Horizontal- und Vertikalkomponente des Erdmagnetfeldes durch Induktion
- Bestimmung des Inklinationswinkels der Magnetfeldlinien
Fallende Magnete
Versuche
- Auswirkungen eines Induktionsstroms veranschaulichen
- Richtung des Induktionsstroms theoretisch ableiten
Versuche
- Auswirkungen eines Induktionsstroms veranschaulichen
- Richtung des Induktionsstroms theoretisch ableiten
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 \({R_{\rm{H}}}\).
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 \(\lambda=\frac{c}{f}\).