Vorlesung 21

Einführung in die Physik II
für Studierende der Naturwissenschaften
und Zahnheilkunde
Sommersemester 2007
VL #21 am 1.06.2007
Vladimir Dyakonov
Beschreibung Magnetfeld
Magnetfeld: Zustand des Raumes, wobei
- Drehmoment auf magnetischen Dipol
- Kraft auf bewegte Ladung ausgeübt wird!!!
Beschreibung durch magnetische Feldstärke H
H ist ein Vektorfeld, d.h. für jeden Raumpunkt ist
Richtung und Stärke der Wirkung des Magnet
feldes definiert
Darstellung des Magnetfeldes durch magnetische Feldlinien
1
Visualisierung magnetischer
Feldlinien
Auf Magnete Kraftwirkung: Ausrichtung parallel zu Feldlinie
Darstellung des Magnetfelds
Stabmagnet
Spule
Verlauf der Feldlinien ist identisch
2
Feldlinienbilder
Hufeisenmagnet
Gleichnamige Pole
Ungleichnamige Pole
FeldLab
3
Hufeisenmagnet
Stromleiter zeigt magnetische
Wirkung
Beschreibung von
Magnetpolen durch
magnetisches Dipolmoment
rechte Hand-Regel: Daumen in
Richtung Strom, Finger weisen in
Feldrichtung
4
Stromdurchflossene Leiter üben
Kräfte aufeinander aus
Feldlinien
Einige Eigenschaften von magnetischen Feldlinien:
• Die magnetischen Feldlinien laufen vom Nord- zum Südpol, sie
geben die Kraftrichtung auf einen magnetischen Nordpol an.
• Magnetische Feldlinien haben keinen Anfang und keine Ende.
Bilden geschlossene Schleifen.
• Kraft ist nicht entlang der B-Feldlinien (anders als bei E-Feld)
• Magnetische Feldlinien schneiden sich nicht, d.h. die
Kraftrichtung auf einen magnetischen Nordpol ist stets
eindeutig definiert.
• Höhere Feldliniendichte bedeutet stärkeres Magnetfeld.
5
Ausrichten von Permanentmagneten
Aufgehängter Permanentmagnet richtet sich aus
Woher kommt das Magnetfeld?
Erdmagnetfeld
Die Erde ist von einem Magnetfeld umgeben
Magnet richtet sich aus und zeigt nach Norden
Neben geographischem Nordpol liegt der magnetische Südpol!
6
Der größte Magnet
Der größte Magnet
7
Magnetfeld der Erde
• Das Magnetfeld der Erde ist nur in grober Näherung ein Dipol-Feld
• Stärke: 6·10−5 T = 0, 6 Gauss (alte Einheit). Wird immer kleiner – 1%
pro Jahr!!!
• Umpolung des Erdmagnetfeldes
• Die Quelle des Feldes ist der flüssige Eisen-Kern der Erde
Umwelt!!!
Magnetfeld der Erde
8
Erdmagnetfeld Orientierung
Erdmagnetfeld ist nicht konstant
Pole wandern (7.5km Jahr)
Abweichungen geographischer N und
magnetischer N heisst Deklination
und ist ortsabhängig
(0° in Würzburg 1998)
Erdmagnetfeld Orientierung
Einige Tiere, so zum Beispiel Blindmäuse, Haustauben,
Zugvögel, Meeresschildkröten, Haie und wahrscheinlich
auch Wale nutzen das Erdmagnetfeld zur Orientierung.
Dies geschieht durch eingelagerte ferromagnetische
Substanzen in ihren Organen.
Einige in Gewässern vorkommende, mikroaerophile
Bakterienarten werden durch das Erdmagnetfeld parallel zu den
Feldlinien ausgerichtet.
9
Wozu ist das Erdmagnetfeld gut?
Das Erdmagnetfeld schützt die Erde vor dem Sonnenwind
Sonnenwind: energetische geladene Teilchen für den Menschen schädlich
Ablenkung von Teilchen im Magnetfeld (später)
Magnetfeld des elektrischen Stromes
1819 Oersted: Magnetnadelablenkung durch
Stromfluss
Stromdurchflossener Leiter ist
Wenn der abgespreizte Daumen der
von einem Magnetfeld umgeben rechten Hand in die technische
Stromrichtung zeigt, so gibt die Richtung
der anderen Finger die Richtung des
Magnetfeldes an.
10
Magnetfeld einer Leiterschleife
Verstärkung der Kraftwirkung: Spule
Fazit: Die magnetische Kraft hat ihren Ursprung in der Bewegung von
elektrischen Ladungen.
Verkoppelung von elektrischen und magnetischen Erscheinungen
Elektromagnetismus
11
Magnetostatik
• Magnetismus ist eine Fernwirkungskraft
• Es gibt Dauermagnete
• Magnete haben immer einen Nord- und einen Südpol. Sie treten
immer paarweise auf, es gibt keine magnetischen Monopole
• Gleichnamige Pole stoßen einander ab. Ungleichnamige Pole
ziehen einander an. Die Kraftwirkung nimmt mit dem Abstand ab
• Die Kraftwirkung eines Magnetfeldes wird durch die magnetische
Feldstärke H beschrieben. H beschreibt ein Vektorfeld,d.h. Wirkung
ist in jedem Raumpunkt nach Richtung und Betrag bestimmt
• Magnetfeld kann durch Feldlinien veranschaulicht werden.
Feldlinien sind immer geschlossen, überkreuzen sich nicht
• Die Erde ist von einem Magnetfeld umgeben. Der magnetische
Südpol liegt neben dem geographischen Nordpol und wandert.
12