Der Strom erzeugt ein Magnetfeld um den Leiter. Seine Entdeckung legte den Grundstein für das Verständnis des Zusammenhangs zwischen Elektrizität und Magnetismus. 2 Das Magnetfeld um einen geraden stromführenden Leiter besteht aus (konzentrischen) Kreisen, deren Richtung durch die Rechte-Hand-Regel bzw. UVW-Regel (genannt nach Ursache (I), Vermittlung (B) und Wirkung (F)) bestimmt wird: Wenn der Daumen in die technische Stromrichtung zeigt, gibt der Zeigefinger den Umlaufsinn der Feldlinien um den Leiter an. 3 Einheit: Tesla (T). Ein Tesla ist definiert durch die Kraft(-einwirkung) F auf einen Leiter der Länge s, der vom Strom I durchflossen wird und normal zur Feldrichtung steht: B = F _ I·s 4 Im Allgemeinen gilt, dass Im B-Feld (magnetische Flussdichte) auf einen Leiter der Länge s bei der Stromstärke I die Lorentzkraft F wirkt. Auf Ströme parallel zur Feldrichtung wirkt keine Kraft. Die Richtungen von Strom I, Feld B und Kraft F folgen einer Rechte-Hand-Regel bzw. UVW-Regel (genannt nach Ursache (I), Vermittlung (B) und Wirkung (F)) 5 Geladene Teilchen bewegen sich im Magnetfeld auf spiralförmigen oder kreisförmigen Bahnen, wenn sie eine Geschwindigkeitskomponente v ⊥ senkrecht zum Magnetfeld haben, da sie durch die Lorentzkraft normal zur Bewegungsrichtung abgelenkt werden. 6 (Anti-)Parallele elektrische Ströme üben Kräfte aufeinander aus, weil jeder stromführende Leiter ein Magnetfeld erzeugt. Fließen die Ströme in dieselbe Richtung (parallel), ziehen sich die Leiter an. Fließen die Ströme in entgegengesetzte Richtung (antiparallel), stoßen sich die Leiter ab. Die Kraft ist direkt proportional zum Produkt ihrer Stromstärken und indirekt proportional zum Abstand der Leiter. 7 Das Magnetfeld im Inneren einer langen Spule hängt von der Anzahl der Windungen N, der Stromstärke I und der Länge l der Spule ab. Die Feldstärke ist also umso größer, je enger die Spule gewickelt ist, d. h., je mehr Windungen sie bei gleicher Länge enthält. 8 Das Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule kann verstärkt werden, indem: – Der Strom durch die Spule erhöht wird. – Die Anzahl der Windungen pro Längeneinheit erhöht wird. – Ein ferromagnetischer Kern (z. B. Eisen) in die Spule eingefügt wird, der das Magnetfeld konzentriert und verstärkt: Die Weiss’schen Bezirke im Kern richten sich parallel zum Magnetfeld der Spule aus und verstärken es. 9 Ferromagnetismus beschreibt die Eigenschaft bestimmter Materialien wie Eisen, Nickel und Kobalt, starke Magnetfelder zu erzeugen und zu verstärken. Diese Materialien besitzen mikroskopische Bereiche, die sogenannten Weiss’schen Bezirke, die sich in einem äußeren Magnetfeld ausrichten und so das Magnetfeld verstärken. Nach Entfernen des Felds bleibt oft eine Restmagnetisierung (Remanenz) bestehen, was sie zu Permanentmagneten macht. Beim Erwärmen über den Curiepunkt (z. B. 770 °C bei Eisen) verlieren sie ihre ferromagnetischen Eigenschaften. Anwendungen umfassen Permanentmagnete in Elektromotoren und Generatoren. Rechenaufgaben 1a) Die Stärke des B-Felds in der luftgefüllten Spule beträgt etwa 314 Mikrotesla. b) Die Stärke des B-Felds in der eisengefüllten Spule beträgt etwa 377 Millitesla. 2a) Der Bahnradius des Elektrons beträgt etwa 1,13 Millimeter. b) Der Bahnradius des α-Teilchens beträgt etwa 4,83 Zentimeter. 3 Das Magnetfeld ruft pro Meter Wicklung bei einer Stromstärke von 12 Kiloampere eine Kraft von 96 Kilonewton hervor. Akkumulator 82 Akustik 31, 37 ALDIS 112 Alkali-Mangan-Zelle 81 Allgemeine Relativitätstheorie 8 Ampere 22 Ampère’sche Kreisströme 122 Amperemeter 87 Amperemeter, Schaltung 87 Amplitude, Schwingung 33 Amplitude, Welle 35 Analogmessgerät 79 Äquipotentialfläche 106 Arbeit, elektrische 96 ART (Allgemeine Relativitätstheorie) 8 Asteroid 14 Atom 32 Auer von Welsbach, Carl 92 Ausbreitungsgeschwindigkeit 46 Ausbreitungsrichtung 9, 45 Auslenkung 45 Außenleiter 97 Bahngeschwindigkeit 10 Bandgenerator 79 Batterie 80 Beaufort (Einheit) 47 Bernstein 74 Beugung 50 Beugung, Schall 60 Bewegungsgleichung, Rotation 20 bewerteter Schallpegel 65 Bioakustik 44 Blasinstrumente 56 Blechblasinstrumente 62 Blitz 73 Brechung 50 Brechungsgesetz 52 Brechungsindex 52 Brechungswinkel 52 Brechzahl 52 CERN 121 Chladni’sche Klangfiguren 63 Columbus 116 Coulomb (Einheit) 77 Coulomb’sches Gesetz 105 Curiepunkt 123 dB (Dezibel) 65 Defibrillator 84 Deklination 116 destruktive Interferenz 37 Dezibel (Einheit) 61 Dielektrizitätskonstante 111 Dipol 111 Diskus 11 Dopplereffekt 68 Dopplersonografie 68 Drehimpuls 20 Drehimpulserhaltung 26 Drehmoment 26 Drehwiderstand 95 Echolot 59 Eigenfrequenz 61 Eisenkern 122 EKG 84 Elektret 111 elektrisch neutral 75 elektrische Arbeit 96 elektrische Feldkonstante 105 elektrische Feldstärke 106 elektrische Kraft 107 elektrische Ladung 107 elektrische Leistung 78 elektrische Spannung 78, 79, 80 elektrische Stromstärke 86 elektrischer Leiter 76 elektrischer Widerstand 91 elektrisches Feld 102 Elektrokardiogramm 78 Elektrolyse 88 Elektron 77 Elektroskop 77 Elektrostatik 78 elektrostatisches Feld 103 Elektrotechnik 38, 44 Elementarladung 77 Elementarwelle 50 Energie, Welle 50 Energieerhaltungssatz 94 Energiesparlampe 92 Erdbeben 42 Erdbebenwelle 44 Erdfeld 109 Erdung 97 Erhaltungssatz, Drehimpuls 104 Erhaltungssatz, Impuls 12 Erhaltungssatz, Ladung 77 Erregerfrequenz 40 erzwungene Schwingung 40 Fadenpendel 32 Fadenstrahlrohr 118 Farad (Einheit) 102 Faraday, Michael 102 Faradaykäfig 110 Federpendel 33 Fehlerstromschutzschalter 98 Feld 102 Feld, elektrisches 102 Feld, elektrostatisches 103 Feldkonstante, elektrische 105 Feldlinienbilder 104 Feldliniendichte 111 Feldstärke, elektrische 111 Ferrite 123 ferromagnetische Stoffe 123 Ferromagnetismus 123 FI-Schalter 98 Formant 59 Fourier, Jean-Baptiste 32 Fourier, Satz 72 Franklin, Benjamin 74 Frequenz, Schall 10 Frequenz, Schwingung 33 Frequenz, Welle 34 Frequenzverhältnis 58 Galileio, Galilei 74 Galvanische Zelle 81 Gangunterschied 48 gedämpfte Schwingung 39 Gehör, menschliches 44 gekoppelte Pendel 45 geladen, elektrisch 75 gerader elastischer Stoß 14 gerader Stoß 14 Gewitter 107 Gilbert, William 116 Gleichgewicht, indifferentes 24 Gleichgewicht, labiles 24 Gleichgewicht, stabiles 24 Gleichgewichtslage, Pendel 34 Gleichstrom 86 Gravitationsfeld 102 Gravitationswelle 9 Grundfrequenz 61 Grundton 61 Halbleiter 76 Hallsonde 117 harmonische Schwingung 32 Register 134 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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