Wie lautet das Biot-Savartsche Gesetz?
Das Biot-Savartsche Gesetz beschreibt das Magnetfeld bewegter Ladungen.
Beschreibe alle vorkommenden Konstanten und Terme des Biot-Sarvartischen Gesetzes.
B… magnetisches Induktionsfeld
dl… zeigt die Stromrichtung
q0… Induktionskonstante/
I… Stromstärke
r… Abstand des Leiters zu dem Punkt wo man das Magnetfeld bestimmen will
rvektor… Einheitsvektor der von der Ladung zum Punkt zeigt
Welche physikalischen Größen setzt das Biot-Savartsche Gesetz in Beziehung?
Es setzt die Stromstärke I und das magnetische Induktionsfeld B in Beziehung.
Warum kann das Biot-Savartsche Gesetz wichtig sein, wenn man Blitze erforscht?
Das Gesetz hilft das magnetische Feld zu verstehen und zu quantifizieren, welches durch den Strom erzeugt wird, der in Blitzladungen fließt.
Es wird verwendet für:
magnetische Feldmessungen
Blitz Grundlagenforschung
Blitzkanalgeometrie Forschungen
Erkläre den Van Allen-Strahlungsgürtel. Durch was wird er erzeugt?
Der Van Allen-Strahlungsgürtel ist eine Region um die Erde, in der geladene Teilchen, insbesondere Elektronen & Protonen, in hohen Energieniveaus gefangen sind und die Erde umkreisen.
Zu den 2 Haupregionen zählen innerer Bereich (nähe Äquator: Protonen) und der äußere Bereich (Elektronen).
Die Hauptursache der Entstehung ist das Wechselspiel aus geladenen Teilchen aus dem Weltraum und dem Magnetfeld der Erde.
Warum muss der Van Allen-Strahlungsgürtel in der Raumfahrt berücksichtigt werden?
Da die im Strahlungsgürtel enthaltenen geladenen Teilchen elektronische Geräte und Astronauten gefährden können.
Raumfahrzeuge müssen spezielle Schutzmaßnahmen treffen um die Auswirkungen der Strahlung zu minimieren.
Wann und unter welchen Bedingungen tritt die Totalreflexion auf?
Eine Totalreflexion tritt auf, wenn Licht von einem optisch dichteren Medium in ein optisch dünneres Medium übergeht und der Einfallswinkel des Lichts größer ist als der kritische Winkel.
Kann ein Lichtstrahl beim Übergang von Luft zu Wasser total reflektiert werden?
Ja, vorausgesetzt ,der Einfallswinkel überschreitet den kritischen Winkel.
Wo können wir das Prinzip der Totalreflexion anwenden?
Lichtumlenkung durch Totalreflexion im Prisma
Lichtleiter mit Glasfasern
Optische Sensorik
Was passiert, wenn ein weißer Lichtstrahl von einem eindimensionalen Gitter gebeugt wird?
Es tritt das Phänomen der Beugung auf, bei dem Licht in verschiedene Richtungen abgelenkt & dadurch ein Spektrum von Farben erzeugt wird.
Das liegt daran, dass weißes Licht aus einer Vielzahl von Wellenlängen besteht und jede Wellenlänge unterschiedlich stark gebeugt wird.
Wo findet man Nebenmaxima von den roten, gelben, grünen und blauen Wellenlängenanteilen? (Skizze) Erkläre/beschreibe den Grund dafür.
Erkläre das Fermatsche Prinzip:
Das Fermatsche Prinzip besagt, dass der Lichtstrahl immer den Weg nimmt, für den die Laufzeit minimal ist, also der schnellste Weg und nicht der kürzeste. Es wird durch die Maxwell-Gleichungen abgeleitet und erklärt auch das Brechungs- sowie Reflexionsgesetz.
Wann gilt geometrische Strahlenoptik?
gilt wenn…
kleine Wellenlängen betrachtet werden, >>λ
Die Strahlen in homogenen isotopen Medien gerade sind
Die Entfernung zwischen den optischen Elementen relativ groß ist
An der Grenze zwischen zwei Medien das Licht im Allgemeinen nach den Reflexionsgesetz reflektiert und nach dem Brechnungsgesetz gebrochen wird.
Wo wird sie verwendet?
Bildgebungssysteme
Augenoptik
Linsen & optische Systeme
Lichtquellen & Beleuchtung
Welche Aggregatzustände gibt es?
Fest
Flüssig
Gasförmig
Wie hängen Sie mit Druck und Temperatur zusammen?
Der Zusammenhang zwischen Aggregatzuständen, Druck und Temperatur wird durch das Phasendiagramm eines Stoffes dargestellt.
Erkläre jeden in eigenen Worten. (+Skizze mit Atomaufbau)
Fest: die Atome bilden ein Kristallgitter, sind periodisch angeordnet und liegen dicht bei einander.
Flüssig: die Atome liegen dicht bei einander, sind jedoch leicht gegeneinander verschiebbar und weisen eine hohe Dichte auf.
Gasförmig: der Abstand zwischen den Atomen ist wesentlich größer und die Wechselwirkung nur mehr sehr gering. Die Atome bewegen sich mit großer Geschwindigkeit und stoßen dabei gegeneinander.
Erkläre wie mechanische Bewegung durch Elektrizität entstehen kann.
Mechanische Bewegung durch Elektrizität entsteht, wenn ein elektrischer Strom in einem Magnetfeld eine Lorentzkraft auf bewegte Ladungen ausübt, wodurch eine mechanische Kraft entsteht. In Geräten wie Elektromotoren wird diese Kraft genutzt, um die mechanische Bewegung zu erzeugen.
Beschreibe 2 Experimente, die wir dazu in der Vorlesung gesehen haben.
Magnetische Bahn auf Wirbelstromprinzip: Aufgrund der Lenzschen Regel bewegt sich die Kugel auf der Magnetbahn. Der Wirbelstrom verrichtet somit mit der Lorenzkraft eine mechanische Bewegung.
Experiment nach Orsted: die Kompassnadel bewegt sich bei Hochfahren des Stroms aufgrund des stromdurchflossenen Leiters.
Wieso ist der Himmel tagsüber blau und die Abendsonne rot? Erkläre was die
Rayleigh-Streuung (in der Atmosphäre) ist und welche Eigenschaften eine Rolle
spielen?
Der Himmel erscheint tagsüber blau, weil die Rayleigh-Streuung blaues Licht stärker streut als rotes Licht. Dies geschieht, weil die Wellenlängen des blauen Lichts etwa zehnmal stärker von den Molekülen in der Atmosphäre gestreut werden als die längeren Wellenlängen des roten Lichts.
Abends wird das Licht über einen längeren Weg durch die Atmosphäre gestreut, wodurch die blauen und grünen Wellenlängen stärker gestreut werden und das rote Licht dominiert. Dies erklärt die rötliche Färbung der Abendsonne.
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