Häufigste Form von Magneten
Stabmagneten
Hufeisenmagneten
Wovon hängt die Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld ab?
Von der Leiterlänge l, der Stromstärke I, der magnetischen Flussdichte B und dem Winkel phi zwischen Stromrichtung und Magnetfeld.
Formel für die Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld?
F = l * I * B * sin(phi)
Wann vereinfacht sich die Formel zu F = l * I * B?
Wenn Stromrichtung und Magnetfeld senkrecht zueinander stehen (phi = 90 Grad, sin(90 Grad) = 1).
In welche Richtung wirkt die Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter?
Senkrecht zur Ebene, die von B und I aufgespannt wird.
Wie bestimmt man die Kraftrichtung?
Mit der UVW-Regel bzw. der Rechte-Hand-Regel (für technische Stromrichtung).
Grundformel der Stromstärke?
I = Q / Delta t
Zusammenhang zwischen Ladung Q und Elektronenanzahl N?
Q = N * e
Zusammenhang zwischen Länge, Geschwindigkeit und Zeit?
l = v * Delta t
Ausdruck für Stromstärke mit N, e und v?
I = N * e * v / l
Gesamtkraft auf alle Elektronen im Leiter?
F = N * e * v * B
Kraft auf ein einzelnes Elektron im Magnetfeld?
F = e * v * B
Allgemeine Formel der Lorentz-Kraft?
F_L = q * v * B
Erweiterte Lorentz-Kraft bei beliebigem Winkel?
F_L = q * v * B * sin(phi)
Wann wirkt die Lorentz-Kraft maximal?
Bei phi = 90 Grad.
Wann ist die Lorentz-Kraft null?
Wenn sich die Ladung parallel zum Magnetfeld bewegt (phi = 0 Grad).
In welche Richtung wirkt die Lorentz-Kraft?
Senkrecht zu v und B.
Welche Handregel gilt für negative Ladungen?
Linke-Hand-Regel.
Welche Handregel gilt für positive Ladungen?
Rechte-Hand-Regel.
Was zeigt das Fadenstrahlrohr?
Die Wirkung der Lorentz-Kraft auf bewegte Elektronen.
Warum sieht man die Elektronenbahn im Fadenstrahlrohr?
Bewegte Elektronen regen Gasatome zum Leuchten an.
Welche Energie erhalten Elektronen durch die Anodenspannung U_A?
Elektrische Energie.
Gleichsetzung von elektrischer und kinetischer Energie?
e * U_A = 1/2 * m * v^2
Frage: Formel für die Elektronengeschwindigkeit nach Beschleunigung?
v = sqrt(2 * e * U_A / m)
Warum bewegen sich Elektronen im Magnetfeld auf einer Kreisbahn?
Weil die Lorentz-Kraft immer senkrecht zur Bewegungsrichtung wirkt.
Zentrifugalkraft bei Kreisbewegung?
F_Z = m * v^2 / r
Bedingung für Kreisbahn im Magnetfeld?
F_L = F_Z
Gleichung zur Bestimmung des Bahnradius?
q * v * B = m * v^2 / r
Formel für den Radius der Elektronenbahn?
r = m * v / (q * B)
Merksatz zur Lorentz-Kraft?
Bewegt sich eine Ladung q senkrecht zu einem Magnetfeld B, wirkt eine Kraft F_L = q * v * B senkrecht zu v und B.
Was passiert, wenn v nicht senkrecht zu B steht?
Nur die senkrechte Komponente von v wirkt:F_L = q * v * B * sin(phi)
Zusammenhang zwischen Lorentz-Kraft und Zentrifugalkraft bei Kreisbewegung?
Frage: Zusammenhang zwischen Lorentz-Kraft und Zentrifugalkraft bei Kreisbewegung?Antwort:F_L = F_Zq * v * B = m * v^2 / r
Formel für den Radius der Kreisbahn im Magnetfeld?Antwort:
Wovon hängt der Radius r ab?
Von Masse m, Geschwindigkeit v und Magnetfeld B.
Wovon hängt der Radius r nicht ab?
Nicht direkt von der Beschleunigungsspannung U, sondern nur indirekt über v.
Energiegleichung zur Bestimmung der Geschwindigkeit?
q * U = 1/2 * m * v^2
Formel für die Geschwindigkeit nach Beschleunigung durch Spannung U?
v = sqrt(2 * q * U / m)
Wann müssen relativistische Effekte berücksichtigt werden?
Wenn v größer als etwa 10 Prozent der Lichtgeschwindigkeit c ist.
Näherungswert der Lichtgeschwindigkeit?
c ≈ 3 * 10^8 m/s
Definition der spezifischen Ladung?
Spezifische Ladung = q / m
Umgeformte Kreisbahnformel zur Bestimmung von q/m?
q / m = v / (r * B)
Was zeigt die große Größenordnung von q/m beim Elektron (~10^11 As/kg)?
Elektronen sind extrem stark geladen im Verhältnis zu ihrer Masse.
Wann entsteht eine Spiralbahn?
Wenn die Geschwindigkeit nicht senkrecht zum Magnetfeld steht.
In welche Komponenten wird die Geschwindigkeit zerlegt
v_s = v_0 * cos(phi) (senkrecht zu B)v_p = v_0 * sin(phi) (parallel zu B)
Welche Geschwindigkeitskomponente verursacht die Kreisbewegung?
Die senkrechte Komponente v_s.
Welche Komponente bleibt unverändert?
Die parallele Komponente v_p.
Zusammenhang zwischen Windungsabstand d und Zeit Delta t?
d = v_p * Delta t
Zusammenhang zwischen Kreisbewegung und Umlaufzeit?
2 * pi * r = v_s * Delta t
Verhältnis von Radius r zu Windungsabstand d?
r / d = 1 / (2 * pi * tan(phi))
Formel für den Radius der Spiralbahn?
r = d / (2 * pi * tan(phi))
Wovon hängt die Form der Spirale ab?
Nur vom Winkel phi.
Wie verändert sich die Spirale bei größerem Winkel phi?
Windungsabstand größer, Radius kleiner, Spirale weiter auseinandergezogen.
Wie müssen v_0 und B verändert werden, um die gleiche Bahnform zu erhalten?
Sie müssen proportional zueinander verändert werden.
Bedingung für geschlossene Kreisbahn?
Bewegung exakt senkrecht zu B.
Was bestimmt den Kreisradius im Fadenstrahlrohr?
r = m * v_0 / (e * B)
Frage: Erhaltungssatz beim Beschleunigen der Elektronen?
e * U = 1/2 * m * v_0^2
Warum schützt das Erdmagnetfeld die Erde?
Es lenkt geladene Teilchen durch die Lorentz-Kraft ab.
Wann ist die Lorentz-Kraft im Erdmagnetfeld null?
Wenn sich Teilchen parallel zu den Feldlinien bewegen.
Warum tritt Polarlicht an den Polen auf?
Dort bewegen sich Teilchen nahezu parallel zu den Feldlinien und werden kaum abgelenkt.
Warum wird die Spiralbahn bei Energieverlust enger?
Weil die Geschwindigkeit v kleiner wird und damit auch der Radius r kleiner wird.
Warum ist das Magnetfeld lebenswichtig?
Es schützt die Atmosphäre vor dem Sonnenwind und kosmischer Strahlung.
Grundprinzip des magnetohydrodynamischen Antriebs?
Bewegte Ionen im Magnetfeld erfahren eine Lorentz-Kraft.
Welche Formel beschreibt die Kraft auf bewegte Ionen?
Warum ist dieser Antrieb geräuscharm?
Keine beweglichen mechanischen Teile.
Wie verlaufen die Feldlinien des Scheibenmagneten im Glasgefäß?
Von oben nach unten durch die Salzlösung.
Warum wirkt die Lorentz-Kraft in Umfangsrichtung des Gefäßes?
Weil Stromrichtung (radial) und Magnetfeld (vertikal) senkrecht zueinander stehen. Die Lorentz-Kraft wirkt senkrecht zu beiden Richtungen → tangential.
Frage: Formel der Lorentz-Kraft auf bewegte Ladungen?
Warum unterstützen Cl–-Ionen die Rotation trotz negativer Ladung?
Sie bewegen sich entgegengesetzt zur Stromrichtung, haben aber negative Ladung. Dadurch zeigt q * v wieder in gleiche Kraftrichtung wie bei Na+-Ionen.
Warum sind extrem starke Magnetfelder und Ströme nötig?
Weil die Lorentz-Kraft proportional zu q, v und B ist:F_L = q * v * B
: Was ist der Hall-Effekt?
Eine durch Lorentz-Kraft verursachte Ladungstrennung in einem stromdurchflossenen Leiter.
Frage: Voraussetzung für maximalen Hall-Effekt?
Magnetfeld senkrecht zur Stromrichtung.
Warum entsteht eine Hall-Spannung?
Elektronen werden durch die Lorentz-Kraft seitlich verschoben → Ladungstrennung.
Gleichgewichtsbedingung beim Hall-Effekt?
F_L = F_el
Formeln der beteiligten Kräfte?
F_L = e * v * B
F_el = e * E
Bedingung im Gleichgewicht?
e * v * B = e * E
→ E = v * B
Zusammenhang zwischen Stromstärke und Driftgeschwindigkeit?
I = n * e * A * v
Was bedeutet n?
Elektronenzahldichte (Anzahl freier Elektronen pro Volumen).
Zusammenhang zwischen Feldstärke und Hall-Spannung?
E = U_H / h
Endformel der Hall-Spannung?
U_H = (1 / (n * e)) * (I * B / d)
Definition der Hall-Konstanten R_H?
R_H = 1 / (n * e)
Hall-Spannung mit Hall-Konstante?
U_H = R_H * (I * B / d)
Wovon hängt die Hall-Spannung ab?
Von I, B, d und der materialabhängigen Hall-Konstanten R_H.
Warum sind Hall-Spannungen in Metallen klein?
Große Elektronenzahldichte n → kleine Hall-Konstante R_H.
Warum nutzt man Halbleiter für Hall-Sonden?
Kleine Elektronenzahldichte → große Driftgeschwindigkeit → größere Hall-Spannung.
Frage: Formel der elektrischen Kraft?
F_el = q * E
Maßeinheit der elektrischen Feldstärke?
E = N / C
oder
E = V / m
Beschleunigung einer Ladung im elektrischen Feld?
a = (q * E) / m
Wirkt die elektrische Kraft auch auf ruhende Ladungen?
Ja.
Bahnform bei Eintritt parallel zu E?
Geradlinige Beschleunigung oder Abbremsung.
Bahnform bei Eintritt senkrecht zu E?
Parabel (wie waagerechter Wurf).
Bahnform bei schrägem Eintritt?
Schräger Wurf (Überlagerung zweier Bewegungen).
Wirkt die Lorentz-Kraft auf ruhende Ladungen?
Nein.
Richtung der Lorentz-Kraft?
Senkrecht zu Bewegungsrichtung und Magnetfeld.
Radius der Kreisbahn im Magnetfeld?
Wann entsteht eine volle Kreisbahn?
Wenn das Teilchen im Magnetfeld erzeugt wird und v senkrecht zu B ist.
Wenn v eine Komponente parallel zu B besitzt.
Was passiert bei Eintritt in ein scharf begrenztes Magnetfeld?
: Das Teilchen beschreibt maximal einen Halbkreis.
Wann wird ein Teilchen am Magnetfeld „reflektiert“?
Wenn der Halbkreisdurchmesser kleiner als die Feldbreite ist.
Was passiert bei der Überlagerung von elektrischem und magnetischem Feld?
Beide Felder wirken gleichzeitig auf ein geladenes Teilchen.
Elektrisches Feld: Kraft unabhängig von der Bewegung.
Magnetisches Feld: Lorentz-Kraft wirkt nur bei Bewegung. Die Bahn ist im Allgemeinen komplex.
Wann bewegt sich ein Teilchen geradlinig durch gekreuzte E- und B-Felder?
Wenn elektrische Kraft und Lorentz-Kraft betragsgleich und entgegengesetzt sind:
q · E = q · v · B
Daraus folgt:
v = E / B
Warum spielt die Ladung q bei der Bedingung v = E / B keine Rolle?
Weil q auf beiden Seiten der Gleichung q · E = q · v · B steht und sich kürzt.
Was ist ein Wienscher Geschwindigkeitsfilter?
Eine Anordnung aus gekreuztem elektrischem und magnetischem Feld, die nur Teilchen mit einer bestimmten Geschwindigkeit v = E / B geradlinig passieren lässt.
Wovon ist die gefilterte Geschwindigkeit im Wienschen Filter abhängig?
Nur von:
elektrischer Feldstärke E
magnetischer Flussdichte B
Nicht abhängig von Masse m oder Ladung q.
Grundprinzip eines Massenspektrometers
Geladene Teilchen treten in ein homogenes Magnetfeld ein und bewegen sich auf einer Halbkreisbahn.Der Radius hängt von ihrer Masse ab.
Formel für den Bahnradius im Magnetfeld
r = (m · v) / (q · B)
Wie werden Atome im Massenspektrometer ionisiert?
Durch Elektronenbeschuss werden Elektronen aus der Atomhülle herausgeschlagen → positiv geladene Ionen entstehen.
Wovon hängt der Bahnradius im Massenspektrometer ab?
Masse m
Geschwindigkeit v
Ladung q
Magnetfeld B
Wie wird im Massenspektrometer die Geschwindigkeit v festgelegt?
Durch einen vorgeschalteten Wienschen Geschwindigkeitsfilter.Dann gilt: v = E / B
Kombinierte Formel zur Massenbestimmung im Massenspektrometer
m = (q · B2 · r) / v
Mit v = E / B1 ergibt sich:
m = (q · B2 · r · B1) / E
Was ist die atomare Masseneinheit u?
u = 1,660538921 · 10^-27 kg
Sie ist 1/12 der Masse des Kohlenstoffisotops C12.
Grundprinzip eines Teilchenbeschleunigers
Elektrische Felder beschleunigen geladene Teilchen.
Magnetische Felder zwingen sie auf Kreisbahnen.
Wie wird die Geschwindigkeit nach einer Beschleunigungsspannung U berechnet?
Über die Energieerhaltung:
(1/2) · m · v² = q · U
v = sqrt(2 · q · U / m)
Warum darf man Geschwindigkeiten bei mehreren Beschleunigungen nicht addieren?
Weil Energie addiert wird, nicht Geschwindigkeit.Die kinetische Energie wächst proportional zu v².
Warum bewegen sich Teilchen im Magnetfeld auf Kreisbahnen?
Die Lorentz-Kraft wirkt immer senkrecht zur Geschwindigkeit → Zentripetalkraft.
Bedingung für Kreisbewegung im Magnetfeld
m · v² / r = q · v · B
Wovon hängt die Umlaufzeit im Zyklotron ab?
T = (2 · π · m) / (q · B)
Die Umlaufzeit ist unabhängig von Geschwindigkeit und Radius (nicht-relativistisch).
Warum bleibt die Umlaufzeit im Zyklotron konstant?
Mit wachsender Geschwindigkeit wächst auch der Radius proportional.Da beide proportional zu v sind, bleibt T konstant.
Wie viel Energie gewinnt ein Teilchen bei jedem Durchgang durch den Spalt im Zyklotron?
Wkin = q · U
Warum benötigt das Zyklotron eine Wechselspannung?
Damit beim erneuten Durchqueren des Spalts das elektrische Feld immer beschleunigend wirkt.
Was passiert ohne Anpassung des Magnetfeldes bei steigender Geschwindigkeit (Ringbeschleuniger)?
Der Bahnradius vergrößert sich → Teilchen würden nach außen abdriften.
Was ist der grundlegende Unterschied zwischen elektrischem und magnetischem Feld?
Im elektrischen Feld gibt es positive und negative Ladungen → Feldstärke lässt sich direkt über Kraft pro Ladung definieren.Im magnetischen Feld gibt es keine magnetischen Monopole → Feldstärke kann nicht analog definiert werden.
Warum kann man die Stärke eines Magnetfelds nicht mit einem einzelnen Pol definieren?
Weil es keine isolierten Nord- oder Südpole gibt, sondern nur Dipole (Nord-Süd-Paare).
Welche Kraft wirkt zwischen zwei stromdurchflossenen, parallelen Leitern?
Gleiche Stromrichtung → anziehend
Entgegengesetzte Stromrichtung → abstoßend
Von welchen vier Größen hängt die Kraft zwischen zwei parallelen Leitern ab?
Stromstärke im ersten Leiter I1I_1I1
Stromstärke im zweiten Leiter I2I_2I2
Leiterlänge lll
Abstand der Leiter rrr
Was bezeichnet die magnetische Flussdichte B?
Die magnetische Flussdichte B beschreibt die Stärke eines Magnetfeldes an einem bestimmten Ort.
Was ist die magnetische Feldkonstante mu0?
Eine Naturkonstante zur Beschreibung magnetischer Wechselwirkungen.
Wert: mu0 = 4 * pi * 10^-7 Vs / (A * m)
Wie lautet die Kraft auf einen Leiter im Magnetfeld bei senkrechter Anordnung?
F = B * I * l
(Stromrichtung senkrecht zur Magnetfeldrichtung)
Wie lautet die allgemeine Formel für die Kraft auf einen Leiter im Magnetfeld?
F = B * I * l * sin(phi)
phi = Winkel zwischen Stromrichtung und Magnetfeldrichtung
Wann ist die Kraft maximal bzw. null?
Maximal bei phi = 90 Grad Null bei phi = 0 Grad (parallel)
Die Kraft wirkt senkrecht zur Stromrichtung und senkrecht zur Magnetfeldrichtung.
Was besagt die Erste Drei-Finger-Regel (UVW-Regel)?
Rechte Hand:Daumen → Stromrichtung (Ursache)Zeigefinger → Magnetfeldrichtung (Vermittlung)Mittelfinger → Kraftrichtung (Wirkung)
Welche Einheit hat die magnetische Flussdichte B?
Tesla (T)
1 T = 1 Vs / m^2
Warum heißt die Größe magnetische Flussdichte?
Sie beschreibt, wie viel magnetischer Fluss auf eine bestimmte Fläche verteilt ist.
Wie lautet die Kraft zwischen zwei parallelen stromdurchflossenen Leitern?
F = (mu0 / (2 * pi)) * (I1 * I2 * l / r)
Wie wurde das Ampere (klassisch) definiert?
Zwei parallele Leiter Abstand r = 1 m Länge l = 1 m Stromstärke I1 = I2 = 1 A
Kraft: F = 2 * 10^-7 N
Wirkt bei Wechselstrom zwischen zwei Leitern eine andere Kraft als bei Gleichstrom?
Nein. Bei gleichphasigem Wechselstrom bleibt die Kraft anziehend, da die Stromrichtungen gleichzeitig wechseln.
Warum ändert sich der Kraftbetrag nicht bei Umkehr der Stromrichtung?
sin(phi) = sin(180 Grad - phi)
Der Betrag bleibt gleich, nur die Richtung der Kraft ändert sich.
Was ist die Deklination des Erdmagnetfelds?
Der Winkel zwischen magnetischer Nordrichtung und geografischer Nordrichtung.
Was ist die Inklination des Erdmagnetfelds?
Der Winkel, mit dem die Feldlinien des Erdmagnetfelds auf die Erdoberfläche treffen.
Wann lässt sich der Winkel zwischen Strom- und Erdmagnetfeldrichtung einfach bestimmen?
Nur wenn
die Stromrichtung parallel zur Erdoberfläche verläuft
der Leiter exakt in Nord-Süd- oder Ost-West-Richtung liegt
die Deklination vernachlässigt wird
Welche Rolle spielt die Inklination des Erdmagnetfelds?
Die Inklination ist der Winkel, mit dem die Magnetfeldlinien die Erdoberfläche schneiden. Sie bestimmt den Winkel zwischen Stromrichtung und Magnetfeldrichtung.
Wie groß ist das Erdmagnetfeld in Mitteleuropa (typischer Wert)?
B ungefähr 45 mikroteslaInklinationswinkel phi ungefähr 65 Grad
Warum kann man bei einer Nord-Süd-Leitung den Inklinationswinkel direkt verwenden?
bei phi gleich 90 Grad die Kraft maximal ist
bei phi gleich 0 Grad die Kraft Null ist Der Inklinationswinkel beschreibt direkt den wirksamen Winkel.
Warum darf man bei einer Abschätzung oft l = 1 m wählen?
Weil man so die Kraft pro Meter Leitung erhält und Ergebnisse leicht vergleichen kann.
Wie lautet die Kraftformel für einen Leiter im Magnetfeld mit Winkel?
Warum ist die Kraft des Erdmagnetfelds auf Hochspannungsleitungen meist vernachlässigbar?
Weil
das Erdmagnetfeld sehr schwach ist
die entstehende Kraft sehr klein ist
sie viel kleiner ist als die Kraft zwischen zwei stromdurchflossenen Leitern
Wie unterscheidet sich die Situation bei einer Ost-West-Leitung?
Die Magnetfeldlinien stehen senkrecht zum Leiter.Der Winkel phi beträgt 90 Grad → maximale Kraft.
In welche Richtung wirkt die Kraft bei einer Ost-West-Leitung im Erdmagnetfeld?
Die Kraft wirkt schräg nach unten.Ihr Anteil parallel zur Erdoberfläche zeigt nach Süden.
Was bedeutet der Operator „beurteilen“ in Physikaufgaben?
Man wählt selbst einen sinnvollen Ansatz, berechnet ggf. Vergleichswerte und bewertet die Bedeutung des Ergebnisses.
Was bedeutet der Operator „beschreiben“?
Eine Veränderung oder Situation wird mit eigenen Worten und physikalischer Fachsprache erklärt.
Was bedeutet der Operator „vergleichen“?
Ein Ergebnis wird mit einem anderen Fall oder bekannten Werten gegenübergestellt und bewertet.
Was besagt das Durchflutungsgesetz grundlegend?
Das Produkt aus magnetischer Flussdichte B und Weglänge s entlang eines geschlossenen Weges ist proportional zur Stromstärke, die die eingeschlossene Fläche durchflutet.
Warum wird im Magnetfeld ein geschlossener Weg betrachtet?
Weil magnetische Feldlinien geschlossen sind und keinen Anfang oder Endpunkt besitzen.
Was ergibt ein Umlauf um einen stromdurchflossenen Leiter?
Das Produkt aus B und Weglänge ergibtmu0 * I
Was ergibt ein geschlossener Weg, der den Leiter nicht einschließt?
Das Ergebnis ist Null, da kein Strom die eingeschlossene Fläche durchflutet.
Wie wirkt sich eine mehrfache Umrundung eines Leiters aus?
Das Ergebnis vervielfacht sich entsprechend der Anzahl der Umrundungen.
Was bezeichnet der Term n / l bei einer Spule?
Die Windungsdichte der Spule (Windungen pro Länge).
Warum gilt die Spulenformel nur für lange, schlanke Spulen?
das Magnetfeld im Inneren nahezu homogen ist
äußere Feldanteile vernachlässigt werden können
Welchen Einfluss hat ein ferromagnetischer Kern in einer Spule?
Er verstärkt das Magnetfeld durch Ausrichtung der Elementarmagnete.
Wie wird der Einfluss des Spulenkerns berücksichtigt?
Durch die dimensionslose Permeabilität muR.
Wie lautet die allgemeine Formel für die magnetische Flussdichte in einer Spule mit Kern?
B = mu0 * muR * (n / l) * I
Was ist muR?
Die relative Permeabilität des Materials im Inneren der Spule.Für Eisen: etwa 300 bis 15000.
Welche Richtung hat die Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter immer?
Die Kraft wirkt immer senkrecht zur durch Stromrichtung und Magnetfeldrichtung aufgespannten Ebene.
Frage: Sind die magnetischen Feldlinien um einen stromdurchflossenen Leiter offen oder geschlossen?
Sie sind geschlossen.
Wie verändert sich die Stärke des Magnetfelds mit dem Abstand vom Leiter?
Die Magnetfeldstärke nimmt mit zunehmendem Abstand vom Leiter ab.
Wie kann man das Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters sichtbar machen?
Mit Eisenpulver oder Eisenfeilspänen, die sich kreisförmig anordnen.
Warum ordnen sich Eisenfeilspäne im Magnetfeld eines Leiters an?
Sie werden im Magnetfeld selbst zu kleinen Magneten und richten sich danach aus.
Welche Stromrichtung ist für die Bestimmung der Feldrichtung maßgeblich?
Antwort: Die technische Stromrichtung.
Frage: Was beschreibt die Rechte-Hand-Regel bei einem stromdurchflossenen Leiter?
Antwort: Den Zusammenhang zwischen Stromrichtung und Richtung des Magnetfelds.
Frage: Wie lautet die Rechte-Hand-Regel für einen geraden Leiter?
Antwort: Zeigt der Daumen der rechten Hand in technische Stromrichtung, zeigen die gekrümmten Finger die Richtung der magnetischen Feldlinien.
Was ist eine Leiterschleife?
Ein geschlossener, stromdurchflossener Leiter in Form einer Schleife.
Wie ist das Magnetfeld einer einzelnen Leiterschleife aufgebaut?
Es entsteht ein verstärktes Magnetfeld im Inneren der Schleife.
Frage: In welche Richtung zeigt das Magnetfeld im Mittelpunkt einer Leiterschleife?
Antwort: Senkrecht zur von der Schleife aufgespannten Fläche.
Frage: Warum ist das Magnetfeld im Inneren einer Leiterschleife stärker als außen?
Antwort: Weil sich die Magnetfelder der einzelnen Leiterabschnitte überlagern.
Frage: Was ist eine Spule?
Antwort: Ein zu vielen Schleifen gewickelter stromdurchflossener Leiter.
Frage: Warum ist das Magnetfeld einer Spule stärker als das einer einzelnen Schleife?
Antwort: Weil sich die Magnetfelder vieler Schleifen addieren.
Frage: Wie verlaufen die magnetischen Feldlinien im Inneren einer Spule?
Antwort: Parallel zur Spulenachse.
Frage: Welchem bekannten Magneten ähnelt das Magnetfeld einer Spule?
Antwort: Dem Magnetfeld eines Stabmagneten.
Frage: Sind die Feldlinien einer Spule geschlossen?
Antwort: Ja, auch die Feldlinien einer Spule sind geschlossen.
Frage: Was geschieht, wenn man eine Spule mit einem ferromagnetischen Material füllt?
Antwort: Die Feldstärke wird stark vergrößert.
Frage: Warum verstärkt ein Eisenkern das Magnetfeld einer Spule?
Antwort: Weil sich die Elementarmagnete im Eisen ausrichten und zum Magnetfeld beitragen.
Frage: Wie nennt man eine Spule mit ferromagnetischem Kern?
Antwort: Elektromagnet.
Frage: Welche entscheidende Eigenschaft unterscheidet Elektromagnete von Permanentmagneten?
Antwort: Elektromagnete lassen sich ein- und ausschalten.
Frage: Warum sind Elektromagnete für technische Anwendungen besonders wichtig?
Antwort: Weil ihre magnetische Wirkung steuerbar ist.
Frage: Was ist das Grundprinzip einer elektrischen Klingel?
Antwort: Ein Elektromagnet zieht einen Klöppel an, der gleichzeitig den Stromkreis unterbricht.
Frage: Warum entsteht bei einer Klingel ein periodisches Schlagen?
Antwort: Weil der Stromkreis ständig geschlossen und wieder unterbrochen wird.
Frage: Was ist ein Relais?
Antwort: Ein elektromechanischer Schalter, der mit einem Elektromagneten betätigt wird.
Frage: Wozu dient ein Relais in elektrischen Schaltungen?
Antwort: Zum Schalten großer Ströme mit kleinen Steuerströmen.
Frage: Was bedeutet galvanische Trennung bei einem Relais?
Antwort: Steuerstromkreis und Laststromkreis sind elektrisch voneinander getrennt.
Frage: Welche Arten von Relaiskontakten gibt es?
Antwort: Schließer und Öffner.
Frage: Nenne ein Beispiel für den Einsatz eines Relais im Haushalt.
Antwort: Backofen, Herd, Mikrowelle oder Heizungssteuerung.
Frage: Was ist ein Elektromotor?
Antwort: Eine Maschine, die elektrische Energie in mechanische Bewegung umwandelt.
Frage: Welche zwei Hauptbauteile hat ein klassischer Elektromotor?
Antwort: Stator und Rotor.
Frage: Welche Aufgabe hat der Stator?
Antwort: Er erzeugt ein feststehendes Magnetfeld.
Frage: Welche Aufgabe hat der Rotor?
Antwort: Er ist ein drehbarer Elektromagnet, der das Drehmoment erzeugt.
Frage: Warum besitzt der Rotor einen Kommutator?
Antwort: Damit sich die Stromrichtung im Rotor periodisch umkehrt.
Frage: Welche Aufgabe haben die Kohlebürsten?
Antwort: Sie übertragen den Strom auf den rotierenden Kommutator.
Frage: Warum dreht sich der Rotor im Elektromotor?
Antwort: Durch abwechselnde Anziehung und Abstoßung magnetischer Pole.
Frage: Warum laufen mehrpolige Elektromotoren ruhiger als zweipolige?
Antwort: Weil die wirkenden Kräfte gleichmäßiger verteilt sind.
Frage: Was ist magnetische Remanenz?
Die Eigenschaft eines Materials, nach dem Entfernen eines Magnetfeldes teilweise magnetisch zu bleiben.
Wie kann man einen Magneten oder ein magnetisiertes Werkzeug entmagnetisieren?
Durch ein schnell wechselndes Magnetfeld, durch Hitze oder durch starke Erschütterungen.
Warum führen magnetische Feldlinien nicht zu einem Perpetuum mobile?
Weil es keine magnetischen Monopole gibt und magnetische Feldlinien geschlossen sind.
Welche wichtige Entdeckung machte Ørsted im Jahr 1820?
Er stellte fest, dass ein stromdurchflossener Leiter ein Magnetfeld erzeugt.
: Woran erkannte Ørsted das Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters?
Eine nahegelegene Kompassnadel wurde beim Einschalten des Stroms abgelenkt.
Was entsteht um jeden stromdurchflossenen Leiter?
Um jeden stromdurchflossenen Leiter bildet sich ein magnetisches Feld.
Welche Form haben die magnetischen Feldlinien um einen geraden stromdurchflossenen Leiter?
Sie verlaufen kreisförmig (ringförmig) um den Leiter.
Warum sind Permanentmagnete hitzeempfindlich?
Wärme stört die Ordnung der Elementarmagnete und schwächt oder zerstört den Magnetismus.
Warum sind Permanentmagnete stoßempfindlich?
Erschütterungen können die geordnete Ausrichtung der Elementarmagnete durcheinanderbringen.
Was sind ferromagnetische Stoffe?
Materialien (z.B. Eisen), die Elementarmagnete enthalten und von Magneten angezogen werden.
Warum spürt man bei Eisen nur Anziehung, aber keine Abstoßung?
Weil sich die Elementarmagnete im Eisen immer so ausrichten, dass eine An
Was passiert mit Elementarmagneten in einem äußeren Magnetfeld?
Sie richten sich parallel aus und erzeugen gemeinsam ein Magnetfeld.
Warum werden Eisenfeilspäne in der Nähe eines Magneten angezogen?
Weil sie im Magnetfeld selbst magnetisch werden und sich entlang der Feldstruktur anordnen.
Warum kleben Eisenfeilspäne kettenförmig zusammen?
Weil sich ihre neu entstandenen Magnetpole anziehen und sie sich entlang der Feldrichtung ausrichten.
Was versteht man unter Magnetismus im Alltag?
Magnetismus zeigt sich z.B. beim Anziehen von Metall, beim Abstoßen gleichnamiger Pole oder in technischen Anwendungen wie Motoren und Magnetverschlüssen.
Was ist ein Permanentmagnet?
Ein Permanentmagnet ist ein Dauermagnet, der dauerhaft magnetische Eigenschaften besitzt, ohne äußere Energiezufuhr.
Welche Pole besitzt ein Permanentmagnet?
Jeder Permanentmagnet besitzt immer zwei Pole: einen Nordpol und einen Südpol.
Wie wirken Magnetpole aufeinander?
Gleichnamige Pole stoßen sich ab, ungleichnamige Pole ziehen sich an.
Warum heißen Magnetpole Nord- und Südpol?
Die Bezeichnung stammt vom Erdmagnetfeld, da sich die Magnetpole der Erde in der Nähe der geografischen Pole befinden.
Was ist ein Magnetfeld?
Ein Magnetfeld beschreibt den Zustand des Raums um einen Magneten, in dem magnetische Kräfte auf andere Magnete oder ferromagnetische Stoffe wirken.
Warum beschreibt man Magnetismus mit einem Feldmodell?
Weil einzelne Wechselwirkungen zwischen Magnetpolen komplex sind und das Feldmodell eine anschauliche Gesamtbeschreibung erlaubt.
: Was sind magnetische Feldlinien?
Feldlinien sind gedachte Linien, mit denen die Struktur und Richtung eines Magnetfeldes dargestellt wird.
Was sagt die Dichte der Feldlinien aus?
: Die Dichte der Feldlinien ist ein Maß für die Stärke (Intensität) des Magnetfeldes.
Welche Bedeutung hat die Richtung der magnetischen Feldlinien?
Sie zeigt an, wie sich der Nordpol eines kleinen Probemagneten an dieser Stelle ausrichten würde.
In welche Richtung zeigen magnetische Feldlinien außerhalb eines Magneten?
Außerhalb eines Permanentmagneten verlaufen die Feldlinien vom Nordpol zum Südpol.
Können magnetische Feldlinien sich kreuzen?
Nein, magnetische Feldlinien können sich niemals kreuzen.
Gibt es magnetische Monopole?
Nein, es gibt keine einzelnen magnetischen Pole. Jeder Magnet ist immer ein Dipol mit Nord- und Südpol.
Was bedeutet „Magnete sind Dipole“?
Ein Magnet besteht immer aus zwei Polen, die nicht voneinander getrennt werden können.
Was passiert, wenn man einen Magneten zerbricht?
Es entstehen kleinere Magnete, die jeweils wieder einen Nord- und einen Südpol besitzen.
Sind magnetische Feldlinien offen oder geschlossen?
Magnetische Feldlinien sind immer geschlossen.
Wie verlaufen magnetische Feldlinien im Inneren eines Magneten?
Im Inneren eines Permanentmagneten verlaufen sie vom Südpol zum Nordpol.
Wodurch unterscheiden sich magnetische und elektrische Felder grundlegend?
Elektrische Feldlinien beginnen und enden an Ladungen, magnetische Feldlinien sind immer geschlossen.
Was ist das Modell der Elementarmagnete?
Ein Modell, bei dem ferromagnetische Stoffe als aus vielen kleinen, drehbaren Mini-Magneten bestehend gedacht werden.
: Wie sind Elementarmagnete in unmagnetischem Eisen angeordnet?
Sie sind ungeordnet, sodass sich ihre Magnetfelder gegenseitig aufheben
Vor Ihnen liegen zwei Metallstäbe von gleichem Aussehen. Es ist lediglich bekannt, dass der eine aus Weicheisen und unmagnetisch ist, während der andere ein starker Magnet ist. Wie können Sie ohne Hilfsmittel entscheiden, welcher der beiden Stäbe der Magnet ist? (Die Stäbe dürfen nicht zerstört werden; die magnetischen Eigenschaften sollen erhalten bleiben.)
Halte das Ende des ersten Stabes an die Mitte des zweiten Stabes.
Beobachte, ob eine spürbare Anziehung entsteht.
Ein Magnet hat seine stärksten Pole an den Enden.
In der Mitte eines Stabmagneten gibt es keinen Pol, also kaum magnetische Wirkung.
Ein Eisenstab (Weicheisen) wird jedoch immer von einem Magneten angezogen, egal an welcher Stelle man ihn berührt.
👉 Das Ende des Stabes zieht sich an die Mitte des anderen an → Der Stab, dessen Ende du testest, ist der Magnet, und der andere ist das Eisen.
👉 Keine Anziehung → Der Stab, dessen Mitte du berührst, ist der Magnet (weil seine Mitte nicht anzieht), und der Stab, dessen Ende du benutzt hast, ist das Eisen.
Kurz gesagt:
Magnet-Ende + Eisen-Mitte → Anziehung
Magnet-Ende + Magnet-Mitte → fast keine Anziehung
Damit kannst du eindeutig bestimmen, welcher Stab magnetisch ist.
Warum lassen sich in der modernen Schifffahrt keine Magnetkompasse verwenden?
1. Viel Stahl an Bord → starke magnetische Störungen
2. Elektrische Geräte erzeugen Magnetfelder
3. Störungen durch ferromagnetische Ladung
4. Hohe Präzisionsanforderungen der Navigation
Sie haben als Stromanzeigegerät das Hitzdraht-, das Drehspul- und das Weicheiseninstrument kennen gelernt. Welche dieser drei Instrumente kann man auch ohne Zusatzgeräte bei technischem Wechselstrom verwenden, welche nicht? Begründen Sie Ihre Auffassung!
Hitzedraht- und Weicheiseninstrument sind geeignet
Drehspuleninstrument ist nicht geeignet
Warum ist das Hitzedrahtinstrument kann man bei technischem Wechselstrom verwenden?
misst Wärmewirkung (RMS), unabhängig von Richtung
Warum kann man das Drehspuleninstrument man bei technischem Wechselstrom nicht verwenden?
Kraft kehrt bei Stromrichtungswechsel um → kein Ausschlag
Warum kann man das Weicheiseninstrument man bei technischem Wechselstrom Magnetisierung unabhängig von Stromrichtung verwenden?
Magnetisierung unabhängig von Stromrichtung
Beispiele für gute Leiter
Silber (Ag) – bester elektrischer Leiter überhaupt
Kupfer (Cu) – fast so gut wie Silber, am häufigsten verwendet (Kabel usw.)
Gold (Au) – sehr guter Leiter, zusätzlich extrem korrosionsbeständig
Aluminium (Al) – leichter als Kupfer, etwas geringere Leitfähigkeit, oft in Hochspannungsleitungen
Wolfram (W) – gute Leitfähigkeit, sehr hitzebeständig
Messing & Bronze – Legierungen, gute Leitfähigkeit
Graphit (Kohlenstoff in spezieller Form) – leitet wegen seiner delokalisierten Elektronen
Salzschmelzen und Elektrolyte – leiten Strom durch Ionenbewegung
Plasmen – extrem gute Leiter, da freie Elektronen und Ionen
(Häufig überlappend mit elektrischen Leitern)
Diamant – bester Wärmeleiter überhaupt
Kupfer
Silber
Gold
Aluminium
Beispiele für schlechte Leiter
Kunststoffe
Glas
Keramik
Gummi
Trockene Luft
Anderes Wort für Nichtleiter
Isolatoren
Definition Stromwärme
Stromwärme ist die Wärme, die entsteht, weil elektrische Energie beim Durchgang von Strom durch einen Widerstand in Wärme umgewandelt wird.
Definiton Sicherung
Eine Sicherung ist ein Schutzelement in elektrischen Stromkreisen, das den Stromfluss automatisch unterbricht, wenn der Strom zu groß wird, um Leitungen und Geräte vor Überlastung oder Kurzschluss zu schützen.
Definition Widerstand
Ein Widerstand ist ein Bauteil, das den elektrischen Strom begrenzt, indem es dem Stromfluss einen elektrischen Widerstand entgegensetzt und dabei Energie meist in Wärme umwandelt.
Leistung Hans Christian Ørsted
ans Christian Ørsted (1777–1851) war ein dänischer Physiker und Chemiker. Er entdeckte 1820 die elektromagnetische Wirkung eines elektrischen Stroms und zeigte damit erstmals den Zusammenhang zwischen Elektrizität und Magnetismus. Diese Entdeckung legte die Grundlage für die spätere Elektrodynamik. Ørsted arbeitete zudem an Gasgesetzen, prägte den Begriff „Elektrizität“ in der modernen Bedeutung und förderte die naturwissenschaftliche Bildung in Dänemark.
Zusammenhang elektrischer Leiter und Magnetfeld
In der Umgebung eines stromdurchflossenen Leiters befindet sich ein magnetisches Feld.
Faktor Magnetfeld eines geraden stromdurchflossenen Leiters
Die Feldlinien des Magnetfeldes um einen geraden stromdurchflossenen Leiter sind Kreise, die in Ebenen senkrecht zum Leiter liegen. Der Leiter geht durch die Mittelpunkte dieser Kreise
Verhalten des Magnets bei größerer Distanz zum Leiter
Die Stärke des Magnetfeldes um einen geraden stromdurchflossenen Leiter nimmt ab mit wachsender Entfernung vom Leiter.
Verhalten des Magnetfeldes beim Tauschen der Pole
Die Richtung der Feldlinien um einen geraden stromdurchflossenen Leiter wechselt in die entgegengesetzte Richtung, wenn man die Leitungsenden an den Polen der Stromquelle vertauscht.
Rechte-Hand-Regel
Umfassen wir den geraden stromdurchflossenen Leiter mit der rechten Hand so, dass die vier Finger außer dem Daumen in Richtung der Feldlinien zeigen, so gibt der abgespreizte Daumen die Richtung des elektrischen Stromes an.
Faktoren positiver und negativer Pol der Stromquelle
Ein Akkumulator (oder eine Taschenlampenbatterie) hat einen „positiven Pol“ („Pluspol“; +) und einen „negativen Pol“ („Minuspol“; –). Die beiden Pole sind so bestimmt, dass der Strom durch die Leitungen des Stromkreises vom positiven zum negativen Pol fließ
Verhalten von mehreren stromdurchflossenen Strömen
Gleichsinnig vom Strom durchflossene Drähte ziehen sich an, ungleichsinnig durchflossene stoßen sich ab.
Leitsatz Magnetisches Feld einer stromdurchflossenen Spule
Im Innern einer stromdurchflossenen Spule verlaufen die Feldlinien parallel zur Spulenachse, außen entspricht das Feldlinienbild dem eines Stabmagneten. Man sagt auch, dass sich in der Spule ein homogenes Magnetfeld befindet
Definition elektromagnet
Ein Elektromagnet ist ein Magnet, dessen Magnetfeld durch elektrischen Strom erzeugt wird. Er besteht meist aus einer Spule aus Draht, die um einen Eisenkern gewickelt ist; fließt Strom durch die Spule, wird der Kern magnetisch.
Definition Weicheiseninstrument
Ein Weicheiseninstrument ist ein elektromechanisches Messgerät, das den Ausschlag einer Zeigernadel durch die Magnetisierung eines beweglichen Weicheisenteils in einem Wechselfeld oder Gleichfeld erzeugt.
Definition Gleichstrom
Gleichstrom (DC) ist eine elektrische Stromart, bei der die Stromstärke und Richtung konstant bleiben. Die Elektronen bewegen sich also kontinuierlich in dieselbe Richtung, im Gegensatz zum Wechselstrom, der seine Richtung periodisch ändert.
Definition Wechselstrom
Wechselstrom (AC) ist ein elektrischer Strom, dessen Richtung und Stärke sich periodisch ändern.Typisch ist eine sinusförmige Schwingung, wie sie im öffentlichen Stromnetz verwendet wird (z. B. 50 Hz in Europa).
Definition Hoffmannscher Apparat
Der Hoffmannsche Apparat ist ein Laborgerät zur Elektrolyse von Wasser. Er besteht aus drei senkrechten Glasröhren, wobei in den beiden äußeren Röhren die bei der Elektrolyse entstehenden Gase Wasserstoff und Sauerstoff getrennt gesammelt werden. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung wird Wasser unter Zusatz eines Elektrolyten in seine Bestandteile zerlegt.
Name, der Bereiche mit der stärksten An
ziehungskraft bei einem Magneten
Pole
Name des mittleren und nahezu unmagnetischen Bereich des Magneten
Indifferenzzone oder neutrale Zone
Grund für die Abweichung bei einem Kompass
Der magnetische und der geographische Pol liegen nicht auf einer Höhe.
Name des nördlichen Endes eines Stabmagneten
Nordpol
Name des südlichen Pol eines Stabmagneten
Südpol
Wirkung wenn man bei bei einem freihängenden Stabmagneten und einem zweiten Magneten, die Nordpole berührt
Die Pole stoßen sich ab
Wirkung wenn an den Nordpol eines freihängenden Magneten den Südpol eines zweiten magneten hängt
Die Pole ziehen sich an
Leitsatz Monopole von zwei Magneten
Die Kräfte, die die Nordpole der Stabmagnete wechselseitig aufeinander ausüben, sind gleich groß und entgegengesetzt gerichtet
Grundgesetz des Magnetismus.
Gleichnamige Pole (Nordpol – Nordpol oder Südpol – Südpol) stoßen einander ab, ungleichnamige Pole (Nordpol – Südpol) ziehen einander an.
Die Größe der Kräfte, die die Stabmagnete wechselseitig aufeinander ausüben, nimmt mit wachsendem Abstand der Magnete ab.
Was passiert bei der Teilung eines Stabmagneten
Beide Teile werden eigenständige Stabmagneten
Definition magnetische Influenz
Magnetische Influenz ist die durch ein äußeres Magnetfeld hervorgerufene Magnetisierung eines Materials ohne direkten Kontakt mit einem Magneten.
Wie kann man magnetisiertes Material wieder entmagnetisieren?
Durch starke Erschütterung oder Erhitzung
Definition ferromagnetische Stoffe
Ferromagnetische Stoffe sind Materialien, deren innere magnetische Momente sich von selbst parallel ausrichten können und die deshalb stark magnetisierbar sind und eine dauerhafte Magnetisierung behalten können.
Was sind die ferromagnetischen Stoffe?
Nickel, Eisen und Kobalt
Definiton Verlauflauf von Feldlinien eines Magnetfeldes
In der Umgebung eines Magneten befindet sich ein magnetisches Feld. Die zugehörigen Feldlinien verlaufen stets vom Nordpol zum Südpol des Magneten. Sie dienen der einfachen und übersichtlichen Beschreibung der Kräfte, die der Magnet auf die Pole von kleinen Probe-Magnetnadeln ausübt.
Definition Kreiselkompass
Ein Kreiselkompass (auch Gyrokompass) ist ein navigationstechnisches Instrument, das mithilfe eines schnell rotierenden Kreisels die geografische Nordrichtung bestimmt. Im Gegensatz zum Magnetkompass orientiert er sich nicht am Magnetfeld der Erde, sondern nutzt die Eigenschaften eines Kreisels und die Erdrotation.
Eigenschaften und Vorteile:
zeigt wahre Nordrichtung (geografisch), nicht magnetisch
unempfindlich gegenüber magnetischen Störungen
besonders wichtig in Schifffahrt, Luftfahrt und auf U-Booten
Durch seine physikalische Funktionsweise bleibt der Kreiselkompass auch bei Bewegung des Fahrzeugs stabil und liefert sehr genaue Richtungshinweise.
Definition Deklination
Deklination (in der Elektrophysik) bezeichnet die seitliche Ablenkung geladener Teilchen – etwa eines Elektronen- oder Ionenstrahls – durch elektrische oder magnetische Felder. Sie beschreibt den Winkel bzw. die Richtung, um den ein Teilchenstrahl von seiner ursprünglichen Bahn abweicht.
Definition Isogene
Isogene (auch Isogone) sind Linien gleicher magnetischer Deklination auf Karten. Sie verbinden Orte, an denen die Abweichung zwischen magnetischem und geografischem Norden gleich groß ist.
Worin unterscheidet sich der Magnetismus eines Stahlstabes von dem eines Weicheisenstabes?
Ist ein Stahlstab magnetisiert, bleibt er es von sich aus, während ein Weicheisenstück erst in der Nähe eines Magneten magnetisch wird, bei Entfernung geht die magnetische Kraft größtenteils wieder verloren.
Wie lässt sich dieses unterschiedliche Verhalten durch die Elementarmagnete in den Eisenstäben erklären?
Im magnetisierten Stahlstab sind die Elementarmagnete fest ausgerichtet, während sie im Weicheisenstück nur vorübergehend geordnet werden.
Zustand des Stromkreises wenn Strom fließt
Der Stromkreis ist geschlossen
accumulare (dtsch.)
aufhäufen
Definition Hitzdrahtinstrumente
Hitzdrahtinstrumente sind elektrische Messgeräte, die den Stromwert über die Erwärmung eines feinen Drahtes bestimmen. Wenn elektrischer Strom durch den Draht fließt, erhitzt er sich und dehnt sich aus. Diese Längenänderung wird mechanisch auf einen Zeiger oder Sensor übertragen und als Messwert angezeigt.
Sie werden vor allem zur Messung von Wechselströmen verwendet, da ihre Funktion unabhängig von der Frequenz ist.
Definition Schmelzsicherung
Ein elektrischer Schutzleiter, der bei zu hohem Strom durch Schmelzen eines Drahtes den Stromkreis unterbricht.
Definition Sicherungsautomat
Ein elektrischer Schutzschalter, der bei Überlast oder Kurzschluss automatisch den Stromkreis unterbricht und danach wieder eingeschaltet werden kann.
Definition Kurzschluss
: Ein elektrischer Fehler, bei dem Strom einen ungewollt niederohmigen Weg nimmt, wodurch sehr hohe Ströme fließen und Geräte oder Leitungen beschädigt werden können.
Definition magnetische Wirkung eines elektrischen Leiters
Richtung der Feldlinien bei einem stromdurchflossenen Leiters
Faktoren Pole bei einem Akkumulator
Pole bei Stromdurchflässenen Drähten
Definition gleichsinnig durchflossene Drähte
Zwei Drähte, durch die Strom in die gleiche Richtung fließt; die Magnetfelder verstärken sich gegenseitig.
Definiton ungleichmäßig durchflossene Drähte
Zwei Drähte, durch die Strom in entgegengesetzte Richtungen fließt; die Magnetfelder schwächen sich gegenseitig ab.
Faktoren magnetisches Feld in einer stromdurchflossenen Spule
Im Innern einer stromdurchflossenen Spule verlaufen die Feldlinien parallel zur Spulenachse, außen entspricht das Feldlinienbild dem eines Stabmagneten. Man sagt auch, dass sich in der Spule ein homogenes Magnetfeld befindet.
Orte der Pole für eine stromdurchflossene Spule
an den Enden der Spule
Einfache Definition Elektromagnet
Spule mit einem Eisenkern
Definition Unterbrecher/Wagnerscher Hammer
Unterbrecher/Wagnerscher Hammer: Ein mechanisches Messinstrument, das durch Schlag eines Hammers oder Unterbrechens eines Stromkreises elektrische Ströme oder Leitungsfehler nachweist, insbesondere zur Prüfung von Stromkreisen und Kontinuität.
Wagnerscher Hammer
Unterbrecher
Definition Drehspuleninstrument
Drehspuleninstrument: Ein elektrisches Messgerät, bei dem eine mit Strom durchflossene Spule in einem magnetischen Feld eine Drehbewegung ausführt, die über einen Zeiger den Strom- oder Spannungswert anzeigt.
Definition Elektrolyse
Ein chemischer Prozess, bei dem durch elektrischen Strom eine chemische Reaktion in einer elektrolytischen Lösung ausgelöst wird, z. B. Zerlegung von Stoffen in ihre Bestandteile.
Definition Knallgas-Voltameter
Ein elektrolytisches Messgerät, das durch Elektrolyse von Wasser Wasserstoff und Sauerstoff produziert, deren Volumen zur Messung der Stromstärke genutzt wird.
Definition Elektroden
Leiter, über die Strom in einen Elektrolyten ein- oder austritt.
Definition Anode
Positiv geladene Elektrode, an der Oxidation stattfindet.
Definition Kathode
: Negativ geladene Elektrode, an der Reduktion stattfindet.
Definition Elektrolyt
Leitfähige Flüssigkeit oder Lösung, die Ionen enthält und Strom leitet.
Was versteht man unter Oxidation?
Oxidation ist der Elektronenverlust eines Stoffes, häufig verbunden mit einer Steigerung der Oxidationszahl.
Wo findet Oxidation bei der Elektrolyse statt?
An der Anode, der positiven Elektrode.
Welche Reaktion passiert an der Anode?
Elektronen werden abgegeben, z. B. 2 Cl⁻ → Cl₂ + 2 e⁻.
Unterschied zwischen Oxidation und Reduktion?
Oxidation: Elektronenabgabe; Reduktion: Elektronenaufnahme.
Warum ist Oxidation wichtig bei der Elektrolyse?
Sie ermöglicht die Trennung von Stoffen und die Umwandlung von Ionen in neutralen Stoff, z. B. Gasbildung.
Definition Reduktion
Reduktion ist der Elektronengewinn eines Stoffes, oft verbunden mit einer Verminderung der Oxidationszahl. Bei der Elektrolyse findet Reduktion an der Kathode (negativ geladen) statt, wo Ionen Elektronen aufnehmen und zu neutralen Atomen oder Molekülen werden.
Gründe im Detail:
Stahl in Schiffsrümpfen: Moderne Schiffe bestehen größtenteils aus Stahl, der das Magnetfeld lokal stark verändert.
Elektronische Geräte: Generatoren, Motoren, Radaranlagen und andere elektronische Systeme erzeugen zusätzliche Magnetfelder.
Frequente Kursänderungen: Magnetische Abweichungen sind auf großen Schiffen nicht konstant, was das Navigieren ungenau macht.
Deshalb wird auf Kreiselkompasse (Gyrokompasse) zurückgegriffen, die geografisch genau den Nordpol anzeigen und unabhängig von magnetischen Störungen arbeiten.
Annäherungstest: Halte die beiden Stäbe nebeneinander, ohne sie zu berühren.
Der Magnetstab wird versuchen, den anderen anzuziehen oder abzustoßen (abhängig von der Polung, falls ein schwaches Magnetfeld induziert wird).
Das Weicheisen reagiert nur schwach und zeigt keine eigene magnetische Abstoßung.
Selbsttest durch Aufhängung:
Halte beide Stäbe frei schwebend (z. B. auf einem Faden, falls möglich).
Der Magnetstab richtet sich annähernd nach dem Magnetfeld der Erde (Magnetnordrichtung), während das Weicheisen keine Orientierung zeigt.
Induktionstest (optional, sehr einfach):
Berühre den ersten Stab kurz an einem kleinen Metallstück, z. B. einer Büroklammer.
Wenn der Stab die Büroklammer stark anzieht, handelt es sich um den Magneten.
Das Weicheisen kann die Büroklammer nur sehr schwach anziehen und zeigt keine permanente Magnetisierung.
Hitzdrahtinstrument
Verwendung bei Wechselstrom: ✅ Ja
Begründung: Das Hitzdrahtinstrument misst den mittleren Energiefluss, also die Erwärmung des Drahtes. Es funktioniert unabhängig von der Stromrichtung, daher auch bei Wechselstrom.
Drehspuleninstrument
Verwendung bei Wechselstrom: ❌ Nein (ohne Zusatzgeräte)
Begründung: Das Drehspuleninstrument arbeitet auf Magnetfeldwirkung einer Spule, die Richtung des Stromes ist entscheidend. Bei Wechselstrom dreht sich die Spule hin und her, der Zeiger bewegt sich kaum oder bleibt stehen. Es benötigt einen Gleichrichter zur Messung von Wechselstrom.
Weicheiseninstrument
Begründung: Das Weicheiseninstrument basiert auf Magnetisierung eines Eisens durch den Stromfluss, wobei die Magnetisierung quadratisch von der Stromstärke abhängt. Dadurch zeigt es auch bei Wechselstrom einen stabilen Ausschlag (RMS-Wert).
Beschreiben Sie anhand von Bild 47 mit eigenen Worten die Vorgänge im Hofmannschen Apparat.
Der Hofmannsche Wasserzersetzungsapparat dient zur Elektrolyse von Wasser. Er besteht aus:
einem U-förmigen Glasbehälter,
zwei Elektroden (Anode und Kathode) und
einem Wasserbehälter, der leicht mit Schwefelsäure versetzt ist, um die Leitfähigkeit zu erhöhen.
Vorgang:
Anlegen einer Gleichspannung: Strom fließt durch den Elektrolyten.
Elektrodenreaktionen:
Anode (positiv): Wasser wird oxidiert → Sauerstoffgas O2O₂O2 entsteht.
Kathode (negativ): Wasser wird reduziert → Wasserstoffgas H2H₂H2 entsteht.
Gasansammlung:
Wasserstoff sammelt sich am Kathodenrohr, Sauerstoff am Anodenrohr.
Das Verhältnis der Gasvolumina ist 2:1 (Wasserstoff zu Sauerstoff), entsprechend der chemischen Zusammensetzung von Wasser H2OH₂OH2O.
Beobachtung: Die aufsteigenden Gasblasen zeigen kontinuierlich die Trennung der Elemente.
Merke:
Der Hofmannsche Apparat zeigt direkt die Elektrolyse von Wasser.
Die Volumina der Gase verdeutlichen das stöchiometrische Verhältnis 2H2:1O22 H₂ : 1 O₂2H2:1O2.
Stabmagnete
Zuletzt geändertvor 6 Tagen