Magnetisches Feld und elektromagnetische Induktion Flashcards
Welche Eigenschaften hat ein magnetisches Feld?
- jeder Magnet hat zwei Pole (Nord und Süd) -> ein Pol kommt niemals alleine vor => Die Pole zweier Magneten üben eine Kraft aufeinander aus
- > Gleichartige Pole stoßen sich ab, ungleichartige Pole ziehen sich an
- der Raum, in dem ein Magnet Kraftwirkungen ausübt, hießt magnetisches Feld
- > Darstellung durch Feldlinien (zeigen in einem Feld die Richtung der wirkenden Kraft an)
- Feldlinien sind immer geschlossen und verlaufen außerhalb des Magneten von Nord- zum Südpol
- parallele Feldlinien kennzeichnen ein homogenes Feld
Was versteht man unter Elektromagnetismus?
Das ein stromdurchflossener Leiter immer von einem Magnetfeld umgeben ist.
-> die magnetischen Feldlinien eines gerade Stromleiters sind konzentrische Kreise
=> Bestimmung des Richtungssinns der Feldlinien mit Korkenzieherregel: Wird der Leiter mit der rechten Hand so umfasst, dass der abgespreizte Daumen die konventionelle bzw. technische Stromrichtung (vom Plus- zum Minuspol) anzeigt, so zeigen die gekrümmten Finger die Richtung des entstehenden Magnetfeldes an.
Wie kann die magnetische Feldstärke bestimmt werden?
Über die Kraftwirkung, die es auf einen im Inneren des Feldes befindlichen Probemagneten ausübt (Probemagnet orientiert sich in Feldlinienrichtung auf Grund der entgegengerichteten Kraftwirkungen auf Nord- und Südpol -> es entsteht ein Drehmoment)
-> proportional zur Windungsanzahl und Stromstärke
-> umgekehrt proportional zur Spulenlänge
-> Feldlinien weisen im Inneren der Spule (des Magneten) vom Süd- zum Nordpol
-> Feldlinien weisen außerhalb der (des Magneten) vom Nord- zum Südpol
=> H=IN/l (für Zylinderspule; mit N-> Windungszahl der Spule und l-> Länge der Spule)
=> H=I/2pi*r (Gerader Leiter; mit r-> Abstand vom Leiter in einer zum Leiter senkrechten Ebene)
Was besagt das Durchflutungsgesetz?
Es beschreibt den Zusammenhang zwischen dem elektrischen Strom als Ursache des Feldes und der magnetischen Feldstärke.
-> Das Integral der magnetischen Feldstärke längs einer geschlossenen Umlauflinie ist gleich der Summe der von der Kurve eingeschlossenen Ströme (=>Durchflutung)
=> Kreisintegral(H*ds)=Summe(I)
Was ist die magnetische Spannung?
Das Produkt der magnetischen Feldstärke und der Länge der Spule.
- > V=Hl=IN [Einheit: A] oder
- > V=IntegralA,B
Was versteht man unter der magnetischen Flussdichte?
Den je nach Flächeneinheit und Windung induzierten Spannungsstoß bezeichnet man als magnetische Flussdichte B (früher magnetische Induktion),
-> B=F[B]/qv | B=F[B]/Is [Einheit: Vs=Tesla (T)
=> magnetische Flussdichte B und Feldstärke H sind einander proportional -> Proportionalitätsfaktor ist die magnetische Feldkonstante my[0]
=> B=my[0]H
Was versteht man unter dem magnetischen Fluss?
Das Produkt aus der magnetischen Flussdichte B und der Querschnittsfläche A des Feldes.
-> Phi=B[N]A [Einheit: Vs = Weber (Wb)]
mit B[N]-> Normalkomponente der magnetischen Flussdichte (in Richtung der Flächennormalen)
Was passiert beim Einbringen eines Stoffes in ein magnetisches Feld?
Die magnetischen Dipole des Stoffes orientieren sich unter der Kraftwirkung des Feldes in Feldrichtung. Bei gleichbleibender Feldstärke H ändert sich die magnetische Flussdichte B[0] auf B und der magnetische Fluss von Phi[0] auf Phi.
- > der Faktor für dieses Verhältnis, um den sich B vergrößert oder verkleinert, ist die Permeabilitätszahl my[r]=B/B[0]=B/my[0]*h [mit my[0]-> magnetische Feldkonstante]
- > B=my[0]my[r]H=myH [mit my-> Permeabilität=my[0]my[r]]
Was versteht man unter magnetischer Polarisation?
Die zusätzlich durch das einbringen eines Stoffes entstandene magnetische Flussdichte dB -> magnetische Polarisation J.
-> J=B-my[0]*h [Einheit: T]
Was versteht man unter Magnetisierung?
Der magnetischen Polarisation J, also der zusätzlichen magnetischen Flussdichte, entspricht eine scheinbare Vergrößerung der magnetischen Feldstärke von H auf b/my[0] -> Magnetisierung M
-> M=J/my[0] [Einheit: A/m]
Was versteht man unter elektromagnetischer Induktion?
Die in einer Spule induzierte Spannung, aufgrund der Änderung des sie durchsetzenden magnetischen Flusses. Ähnliches geschieht bei der Bewegung eines Leiters quer durch ein Magnetfeld.
-> bei geschlossenen Leiterschleifen bewirkt die induzierte Spannung einen Induktionsstrom.
Wie lautet das Induktionsgesetz?
Voraussetzung einer Induktion ist immer eine zeitliche Änderung des magnetischen Flusses, die durch Veränderung des Magnetfeldes oder Bewegung des Leiters im Feld erzielt werden kann.
-> Induktonsgesetz von Faraday: U=-N*dPhi/dt
=> Die Induktionsspannung und Induktionsstrom wirken der sie erzeugenden Flussänderung entgegen (Lenz´sche Regel) -> induzierter Strom fließt in entgegengesetzter Richtung (relativ zu der sich aus der Korkenzieherregel ergebenden Richtung)
Wie bestimmt man die Richtung des Stromflusses bei der Induktion?
-> Rechte-Hand-Regel: Hält man die rechte Hand so, dass die magnetischen Feldlinien in die innere Handfläche treten und der abgespreizte Daumen in Bewegungsrichtung zeigt, so geben die gestreckten Finger die (technische -> Plus zu Minus) Stromrichtung an.
Was versteht man unter Selbstinduktion?
Das Entstehen einer zustätzlichen Induktionsspannung in den eigenen Windungen einer von nicht konstantem Strom durchflossenen Spule.
-> Die durch Selbstinduktion entstehenden Spannungen wirken verzögernd auf die sie erzeugenden Stromstärkeänderungen.
=> U=-LdI/dt
-> Der Proportionalitätsfaktor L wird als Induktivität des Stromkreises bezeichnet (hängt nur von dessen Geometrie und dem im Feld befindlichen Stoff ab)
[Einheit der Induktivität: Henry (H)=Wb/A=Vs/A
Wie ist die Kraftwirkung im magnetischen Feld definiert?
- Kraft wird auf Ladungsträger ausgeübt die sich relativ zum Feld bewegen
- Die Richtung der Kraft ist stets rechtwinklig zur Bewegung und zum Feld => sie wird als Lorentz-Kraft bezeichnet: F=QvB [Einheit: N] oder auch
F=Q(v x B) | F=QVBsin(alpha)
=> Das magnetische Feld verrichtet keine Arbeit am Ladungsträger und hat keinen Einfluss auf dessen kinetische Energie (im Gegensatz zum elektrischen Feld)
=> Die Lorentz-Kraft wirkt senkrecht zur Geschwindigkeit -> ändert die Richtung aber nicht den Betrag. Der Ladungsträger wird zentralbeschleunigt (bewegt sich auf Kreisbahn solange innerhalb des Magnetfeldes) => Zentripetalkraft
