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Magnetfeld

Tauche ein in die faszinierende Welt der Physik. Dieser Artikel bietet dir ein umfassendes Verständnis über das außergewöhnliche Phänomen des Magnetfelds. Durch tiefergehende Erklärungen wirst du die Grundlagen des Magnetismus verstehen, lernen, wie die Magnetfeldstärke gemessen und berechnet wird und welche Rolle die Magnetfeldlinien spielen. Weiterhin werden dir die physikalischen Eigenschaften und Anwendungen des Magnetfelds einer Spule sowie das Erdmagnetfeld und dessen Auswirkungen auf den Menschen näher erläutert. Das Wissen um das Magnetfeld ist essenziell für zahlreiche Anwendungen in Wissenschaft und Technik.

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Magnetfeld

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Tauche ein in die faszinierende Welt der Physik. Dieser Artikel bietet dir ein umfassendes Verständnis über das außergewöhnliche Phänomen des Magnetfelds. Durch tiefergehende Erklärungen wirst du die Grundlagen des Magnetismus verstehen, lernen, wie die Magnetfeldstärke gemessen und berechnet wird und welche Rolle die Magnetfeldlinien spielen. Weiterhin werden dir die physikalischen Eigenschaften und Anwendungen des Magnetfelds einer Spule sowie das Erdmagnetfeld und dessen Auswirkungen auf den Menschen näher erläutert. Das Wissen um das Magnetfeld ist essenziell für zahlreiche Anwendungen in Wissenschaft und Technik.

Was ist ein Magnetfeld?

Ein Magnetfeld ist ein unsichtbares Kraftfeld, das von Magneten oder von Strömen, die in elektrischen Leitern fließen, erzeugt wird. Dieses Feld breitet sich in Raum und Zeit aus und übt auf geladene Teilchen, wie zum Beispiel Elektronen, eine Kraft aus.

Ein Magnetfeld ist somit der Raum um einen Magneten herum, in dem magnetische Kräfte wirken können.

Ein einfaches Beispiel für ein Magnetfeld findest du im Alltag, wenn du einen Magneten in die Nähe von Eisenpartikeln bringst. Hierbei positionieren sich die Teilchen entlang der unsichtbaren Kraftlinien des Magnetfeldes.

Grundlagen des Magnetismus

Der Magnetismus ist eine der vier bekannten Grundkräfte in der Physik. In der Wirklichkeit siehst du diesen jedes Mal, wenn du einen Magneten benutzt - aber woher kommt das eigentlich?

Magnetismus ist die Fähigkeit bestimmter Materialien, ein Magnetfeld zu erzeugen und zu fühlen. Dies ist in den atomaren Strukturen dieser Materialien begründet.

  • Magnete bestehen in der Regel aus Eisen, Nickel, Kobalt oder seltenen Erden.
  • In diesen Materialien sind die Elektronen speziell angeordnet, sodass sie ein starkes Magnetfeld erzeugen können.
  • Magnetismus kann sich auch durch elektrischen Strom in Leitern zeigen.

Nimmst du beispielsweise einen Eisenstab und legst ihn in ein starkes Magnetfeld, richten sich die atomaren Magnetfelder des Stabs im Magnetfeld aus. Entfernst du das externe Feld wieder, bleibt der Stab magnetisiert - du hast einen Permanentmagneten erschaffen!

Magnetfeld Einheit und Formel

Die magnetische Flussdichte, oft einfach als Magnetfeld bezeichnet, wird in der Einheit Tesla (T) gemessen. Ihr Formelzeichen ist \(B\).

Ein Tesla ist definiert als Volt mal Sekunde geteilt durch Quadratmeter: 1 T = 1 Vs/m².

Das Magnetfeld einer langen geraden Leitung mit dem Strom \(I\) und im Abstand \(r\) von der Leitung ist gegeben durch die Formel: \(B = \frac{{\mu_0 \cdot I}}{{2\pi r}}\).

Hierbei ist \(\mu_0\) die magnetische Feldkonstante mit dem Wert \(4\pi \times 10^{-7}\) Tm/A. Sie gibt das Verhältnis von magnetischer Flussdichte zu magnetischer Feldstärke in einem Vakuum an.

Magnetfeldlinien und ihre Bedeutung

Magnetfeldlinien sind Linien, die das Magnetfeld eines Magneten visuell darstellen. Sie geben die Richtung des Magnetfeldes an und ihre Dichte ist ein Maß für die Stärke des Feldes.

Innerhalb des Magneten Vom Nordpol zum Südpol
Außerhalb des Magneten Vom Südpol zum Nordpol

Das Konzept der Magnetfeldlinien wird besonders in der technischen Anwendung, zum Beispiel in der Konstruktion von Elektromotoren, genutzt.

Magnetfeldstärke: Erklärung und Messung

Die Stärke eines Magnetfeldes wird durch die magnetische Flussdichte \(B\) gemessen und in Tesla ausgedrückt. Je größer \(B\) ist, desto stärker ist das Magnetfeld.

Die Messung kann mit Hilfe eines Magnetometers, einem Gerät, das Änderungen in Magnetfeldern erkennt und misst, durchgeführt werden.

Möchtest du die Stärke des Magnetfeldes der Erde messen? Mit einem einfachen Kompass und den richtigen Berechnungen kannst du dies tun. Der Kompass zeigt dir die Richtung des Erdmagnetfeldes an, während die Berechnungen dir dessen Stärke verraten.

Magnetfeld einer Spule

Die Spule ist in der Technik ein weit verbreitetes Element, das in vielen Geräten und Systemen verwendet wird, um ein Magnetfeld für elektromagnetische Anwendungen zu erzeugen. Beispielsweise werden Spulen in Elektromotoren, Generatoren, Transformatoren, in der Hochfrequenztechnik und auch in der Medizintechnik genutzt.

Physikalische Grundlagen und Anwendung

Die Erzeugung eines Magnetfeldes durch eine Spule ist auf das Phänomen des Elektromagnetismus zurückzuführen. Eine stromdurchflossene Spule erzeugt kreisförmige Magnetfeldlinien um den Leiter herum. Werden viele dieser Leiter, also Windungen, zu einer Spule zusammengerollt, addieren sich die einzelnen Magnetfelder auf und es entsteht ein starkes, gerichtetes Magnetfeld.

Die Spule wird daher oft als Magnetfeldverstärker bezeichnet, da sie in der Lage ist, mit relativ kleinen Strömen relativ große Magnetfelder zu erzeugen.

Die Richtung des Magnetfeldes lässt sich mit der sogenannten "Rechte-Hand-Regel" bestimmen: Umschließt die ausgestreckte rechte Hand die Spule so, dass der Daumen in Richtung des positiven Stromflusses zeigt, deuten die Finger in Richtung des Magnetfelds.

Ein Beispiel für die Anwendung einer Spule ist der Elektromotor. Hier wird der Strom in der Spule gezielt ein- und ausgeschaltet, sodass sich das Magnetfeld und damit ein Rotor, der durch dieses Feld beeinflusst wird, in eine Richtung dreht und so eine Bewegung erzeugt.

Magnetisches Flussdichte in Spulen

Die Stärke des Magnetfelds in einer Spule wird durch die magnetische Flussdichte angegeben und in der Einheit Tesla gemessen. Hierbei gilt: Je mehr Windungen die Spule hat und je größer der Strom ist, der durch die Spule fließt, desto größer ist die magnetische Flussdichte innerhalb der Spule.

Die magnetische Flussdichte \(B\) in einer langen, eng gewickelten Spule ist proportional zur Stromstärke \(I\) und zur Anzahl der Windungen \(N\) pro Länge \(l\): \(B = \mu_0 \cdot \frac{N}{l} \cdot I\).

  • \(\mu_0\) ist die magnetischen Feldkonstante
  • \(N\) ist die Anzahl der Windungen
  • \(l\) ist die Länge der Spule
  • \(I\) ist die Stromstärke

Es ist wichtig zu verstehen, dass die magnetische Flussdichte in einer Spule über deren gesamte Länge nahezu konstant ist und hauptsächlich in axialer Richtung vorliegt, wobei ihr Betrag am Rand der Spule etwas abnimmt.

Messung und Berechnung der Flussdichte

Die Messung der Flussdichte im Magnetfeld einer Spule kann mit einem Magnetometer durchgeführt werden. Bei einer hypothetischen Spule mit bekannter Windungszahl und bekanntem Querschnitt lässt sich jedoch auch die Flussdichte berechnen.

Unter Verwendung des Ampère'schen Gesetzes und der Gauß'schen Gesetzes für die Magnetostatik kann die magnetische Flussdichte \(B\) in einer langen, eng gewickelten Spule folgendermaßen berechnet werden: \(B = \mu_0 \cdot \frac{N}{l} \cdot I\).

Falls eine Spule zum Beispiel 200 Windungen hat, eine Länge von 0,1 Metern und ein Strom von 2 Ampere durch sie fließt, beträgt die magnetische Flussdichte etwa \(B \approx 0,025\) Tesla.

Um die magnetische Flussdichte und damit die magnetische Flussrate zu bestimmen, die eine Spule erzeugt, sind auch die magnetischen Materialeigenschaften der Spule, wie die magnetische Permeabilität, von Bedeutung. Diese werden in erster Linie von der Art der Materialien bestimmt, aus denen die Spule und ihr Kern besteht.

Magnetfeld der Erde

Das Magnetfeld der Erde, auch oft als Erdmagnetfeld bezeichnet, ist eine unsichtbare und doch wesentliche Ressource, die das Leben auf der Erde in vielerlei Hinsicht beeinflusst und schützt. Es entsteht tief im Inneren unseres Planeten und erstreckt sich weit in den Weltraum hinaus.

Entstehung und Wirkung des Erdmagnetfelds

Das Erdmagnetfeld entsteht aufgrund von Prozessen im flüssigen äußeren Kern der Erde. Geprägt durch die Dynamik des sich drehenden und flüssigen, metallischen Materials, werden elektrische Ströme erzeugt, die ein Magnetfeld erzeugen. Dieses Phänomen wird als Geodynamo bezeichnet und ist die Grundlage für die Entstehung des Erdmagnetfelds.

Der Geodynamo ist ein Prozess, der von Konvektion (Wärmeströmungen) und Rotation im äußeren Erdkern getrieben wird und das Magnetfeld der Erde erzeugt.

Aber das Erdmagnetfeld ist nicht einfach nur da, es erfüllt mehrere wichtige Funktionen:

  • Es fungiert als Schutzschild gegen geladene Teilchen, sowohl aus der Sonne (Sonnenwind) als auch aus dem weiteren Weltraum (kosmische Strahlung). Ohne das Erdmagnetfeld würden diese Teilchen auf die Erdoberfläche treffen und damit Leben und Technik schädigen.
  • Es spielt eine wichtige Rolle bei der Orientierung vieler Tiere. Vögel, Fische, Bienen und viele andere Arten nutzen das Magnetfeld für die Navigation und die Suche nach Futter und Partnern.
  • Es ist die Grundlage für unsere Nutzung des Kompasses. Die Magnetnadel zeigt immer zur magnetischen Nordpole.

Das Magnetfeld der Erde ist jedoch nicht konstant. Anomalien, wie das Bermuda-Dreieck, sind Bereiche mit einer deutlich abweichenden magnetischen Feldstärke. Zudem hat das Erdmagnetfeld in der Vergangenheit mehrere magnetische Umkehrungen erfahren, bei denen die magnetischen Pole ihre Plätze getauscht haben. Diese Ereignisse werden als Polsprünge oder geomagnetische Umpolungen bezeichnet.

Eine dieser Polsprünge, bekannt als Brunhes-Matuyama-Umpolung, fand vor ungefähr 780.000 Jahren statt. Dabei wechselte die magnetische Richtung von Nord nach Süd.

Auswirkungen des Erdmagnetfelds auf den Menschen

Das Erdmagnetfeld hat direkten Einfluss auf den Menschen und unsere Zivilisation. Es schützt uns vor hochenergetischen Teilchen und kosmischer Strahlung, die sonst unsere Atmosphäre und damit uns treffen würden.

Hochenergetische Teilchen, wie Protonen oder Eisenkerne, können DNA-Schäden verursachen und somit das Risiko für Krebs erhöhen, wenn sie auf den Körper treffen. Das Magnetfeld der Erde lenkt diese ab und schützt uns so vor ihnen.

Aber das Magnetfeld beeinflusst uns auch indirekt durch seine Wirkung auf die Technik. Kommunikationssatelliten, GPS und viele andere technische Systeme sind auf das Magnetfeld angewiesen und könnten bei Anomalien oder Veränderungen des Magnetfelds gestört werden.

Solche Störungen können beispielsweise während eines Sonnensturms auftreten. Dabei sendet die Sonne eine große Menge geladener Teilchen aus, die auf das Erdmagnetfeld treffen. Wird dieses zu stark beeinflusst, können Satellitensignale gestört werden, was Auswirkungen auf die Navigation, Kommunikation und sogar das Stromnetz haben kann.

Hinzu kommt die Navigation. Während viele Menschen heutzutage eher auf GPS vertrauen, ist der Kompass nach wie vor ein wichtiges Werkzeug für die Navigation, insbesondere in Gegenden ohne Mobilfunkabdeckung. Auch persönlich können einige Menschen das Erdmagnetfeld wahrnehmen und zur Orientierung nutzen, ein Phänomen, das auch als Magnetorezeption bekannt ist.

Es gibt wissenschaftliche Hinweise darauf, dass auch der Mensch in der Lage sein könnte, das Magnetfeld der Erde zu fühlen. Diese Theorie, bekannt als Magnetorezeption, wird jedoch noch erforscht.

Magnetfeld - Das Wichtigste

  • Ein Magnetfeld ist ein unsichtbares Kraftfeld, das von Magneten oder Strömen in elektrischen Leitern erzeugt wird. Es übt auf geladene Teilchen, wie Elektronen, eine Kraft aus.
  • Magnetismus ist die Fähigkeit bestimmter Materialien, ein Magnetfeld zu erzeugen und zu fühlen.
  • Die Magnetfeldstärke wird mit dem Formelzeichen \(B\) gemessen und durch die magnetische Flussdichte ausgedrückt (Einheit: Tesla).
  • Magnetfeldlinien visualisieren das Magnetfeld eines Magneten. Ihre Dichte ist ein Maß für die Feldstärke.
  • In Spulen addieren sich die Magnetfelder der einzelnen Windungen zum Gesamtfeld, die Spule wirkt dann als Magnetfeldverstärker.
  • Das Erdmagnetfeld entsteht durch einen Geodynamo im Kern der Erde und schützt die Erde vor geladenen Teilchen aus dem Weltraum.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Magnetfeld

Ein Magnetfeld ist ein Bereich im Raum, in dem magnetische Kräfte wirken. Es wird durch bewegte elektrische Ladungen oder magnetische Materialien erzeugt. Die Richtung und Stärke des Feldes kann durch sogenannte Feldlinien dargestellt werden.

Ein Magnetfeld kann mit Hilfe eines Kompasses, durch einen Eisenspans oder durch spezielle Messgeräte wie ein Magnetometer erkannt werden. Bei einem starken Magnetfeld kann man auch eine Ablenkung von geladenen Partikeln beobachten.

Ein Magnetfeld verläuft von dem Nordpol zu dem Südpol eines Magneten und bildet dabei geschlossene Linien. In einem homogenen Magnetfeld (z.B. im Inneren einer Magnetspule) verlaufen die Linien parallel zueinander.

Ein Magnetfeld wirkt auf alle Körper, die magnetische Eigenschaften haben. Dazu zählen ferromagnetische Substanzen wie Eisen, Kobalt oder Nickel, paramagnetische Substanzen wie Aluminium oder Platin, sowie diamagnetische Substanzen wie Kupfer oder Wasser. Es wirkt auch auf bewegte elektrische Ladungen und auf andere Magnetfelder.

Finales Magnetfeld Quiz

Magnetfeld Quiz - Teste dein Wissen

Frage

Auf welche Teilchen wirkt die Lorentzkraft?

Antwort anzeigen

Antwort

Nur auf elektrisch geladene Teilchen

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Frage

Mit welcher Regel bestimmst du die Richtung der Lorentzkraft, die auf ein Elektron wirkt?

Antwort anzeigen

Antwort

Mit der Drei-Finger-Regel der linken Hand.

Frage anzeigen

Frage

Mit welcher Regel bestimmst du die Richtung der Lorentzkraft, die auf ein Proton wirkt?

Antwort anzeigen

Antwort

Mit der Drei-Finger-Regel der rechten Hand.

Frage anzeigen

Frage

Mithilfe welches Versuchsaufbaus lassen sich die Pole eines Magneten bestimmen?

Antwort anzeigen

Antwort

Mithilfe des Leiterschaukelversuchs

Frage anzeigen

Frage

Welche Flugbahn beschreibt ein geladenes Teilchen, das sich senkrecht zu den Feldlinien durch ein Magnetfeld bewegt?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Flugbahn ist kreisförmig.

Frage anzeigen

Frage

Welche Faktoren spielen eine Rolle für die Intensität der Lorentzkraft bei Teilchen?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Ladung und Geschwindigkeit des Teilchens und die magnetische Flussdichte

Frage anzeigen

Frage

Welche Faktoren spielen eine Rolle für die Intensität der Lorentzkraft bei elektrischen Leitern?

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Antwort

Die Stromstärke, die Länge des Leiters und die magnetische Flussdichte

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Frage

Wie wirkt die Lorentzkraft, wenn das Teilchen sich nicht senkrecht zu den Feldlinien durch das Magnetfeld bewegt?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Lorentzkraft wirkt schwächer, nur der Teil der Gesamtgeschwindigkeit, der senkrecht zum Feld steht hat einen Einfluss.

Frage anzeigen

Frage

In welche Richtung wirkt die Lorentzkraft auf ein Elektron, wenn dieses im Koordinatensystem nach rechts fliegt und das Magnetfeld in die Zeichenebene hinein gerichtet ist?

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Antwort

Die Lorentzkraft wirkt nach unten.

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Frage

Wer ist Namensgeber und Erfinder des Geschwindigkeitsfilters?

Antwort anzeigen

Antwort

Wilhelm Wien

Es heißt daher auch Wiensches Geschwindigkeitsfilter.

Frage anzeigen

Frage

Was bewirkt ein Wien-Filter?

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Antwort

Das Filter lässt nur Teilchen einer bestimmten Geschwindigkeit passieren.

Frage anzeigen

Frage

Welche Kräfte nutzt das Geschwindigkeitsfilter?

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Antwort

Die Lorentzkraft und die Coulombkraft

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Frage

Für welche Teilchen kannst du ein Wiensches Geschwindigkeitsfilter verwenden?

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Antwort

Das Geschwindigkeitsfilter funktioniert nur für geladene Teilchen.

Frage anzeigen

Frage

Wie ist ein Wiensches Geschwindigkeitsfilter aufgebaut?

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Antwort

Das Filter besteht aus einem elektrischen und einem magnetischen Feld, die übereinander liegen. Die Kräfte, die die Felder auf die Teilchen ausüben wirken dabei senkrecht zur Bewegungsrichtung und entgegengesetzt.

Frage anzeigen

Frage

Welche der folgenden Kräfte ist von der Geschwindigkeit der Teilchen abhängig?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Lorentzkraft

Frage anzeigen

Frage

Wann kann ein Teilchen das Geschwindigkeitsfilter passieren?

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Antwort

Wenn es die richtige Geschwindigkeit hat/Wenn die Kräfte sich gegenseitig ausgleichen/Wenn es nicht abgelenkt wird

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Frage

Warum können nur Teilchen einer bestimmten Geschwindigkeit das Filter passieren?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Lorentzkraft hängt von der Geschwindigkeit ab, während das elektrische Feld alle Teilchen gleich stark ablenkt. Nur wenn beide gleich groß sind, behält ein Teilchen seine Flugbahn bei.

Frage anzeigen

Frage

In welche Richtung wird ein Teilchen abgelenkt, das zu langsam ist?

Antwort anzeigen

Antwort

Das Teilchen wird zur Anode hin abgelenkt.

Frage anzeigen

Frage

In welche Richtung wird ein Teilchen abgelenkt, das zu schnell ist?

Antwort anzeigen

Antwort

Das Teilchen wird zur Kathode hin abgelenkt.

Frage anzeigen

Frage

Von welchen Größen hängt die Geschwindigkeit ab, mit der die Teilchen das Filter passieren können?

Antwort anzeigen

Antwort

Von der elektrischen Feldstärke und der magnetischen Flussdichte

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Frage

Was kannst du mit einem Massenspektrometer untersuchen?

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Antwort

Das Massenspektrometer bestimmt die Masse von Teilchen.

Frage anzeigen

Frage

Welches Bauteil sorgt im Massenspektrometer für die Auswahl der richtigen Teilchen?

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Antwort

Der Wiensche Geschwindigkeitsfilter lässt nur Teilchen ins Spektrometer, die eine bestimmte Geschwindigkeit haben.

Frage anzeigen

Frage

Die Gleichsetzung welcher Kräfte bildet die Grundlage für die Formeln des Massenspektrometers?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Lorentzkraft wirkt als Zentripetalkraft der Kreisbewegung. Daher werden diese beiden Kräfte gleichgesetzt.

Frage anzeigen

Frage

Welches der folgenden Bauteile wird nicht für ein Massenspektrometer benötigt?

Antwort anzeigen

Antwort

Eine Linse

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Frage

Wie können elektrisch ungeladene Teilchen mit dem Massenspektrometer untersucht werden?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Teilchen werden ionisiert und anschließend als Ion untersucht.

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Frage

Wie läuft die Elektronenstoßionisation ab?

Antwort anzeigen

Antwort

Bei der Elektronenstoßionisation kollidieren ungeladene Atome und Moleküle mit beschleunigten Elektronen und werden dadurch ionisiert.

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Frage

Was ist ein Massenspektrum?

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Antwort

Ein Massenspektrum ist die Menge der verschiedenen Massen, die bei der Untersuchung eines Moleküls im Massenspektrometer auftreten.

Frage anzeigen

Frage

Wofür kann das Massenspektrometer in Geologie und Archäologie verwendet werden?

Antwort anzeigen

Antwort

Verschiedene Altersbestimmungen basieren auf dem Verhältnis der verschiedenen Isotope eines Stoffs in einer Probe. Dieses kann mit dem Massenspektrometer untersucht werden.

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Frage

Wodurch gelangen die Teilchen im Massenspektrometer auf eine Kreisbahn?

Antwort anzeigen

Antwort

Am Ende des Massenspektrometers befindet sich ein homogenes Magnetfeld. Dieses bringt die geladenen Teilchen durch die Lorentzkraft auf eine Kreisbahn.

Frage anzeigen

Frage

Warum benötigst du im Massenspektrometer einen Wienfilter?

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Antwort

Die Lorentzkraft hängt von der Geschwindigkeit ab. Um Anhand der Kreisbahn eine Aussage über die Masse treffen zu können musst du die Lorentzkraft und damit die Geschwindigkeit kennen.

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Frage

Gib an, wie viele Pole ein Magnet besitzt.

Antwort anzeigen

Antwort

1

Frage anzeigen

Frage

Definiere Permanentmagnet.

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Antwort

Ein Permanentmagnet ist ein Magnet, der dauerhaft und ohne äußere Einflüsse magnetische Eigenschaften besitzt und ein Magnetfeld ausbildet.

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Frage

Wann benutzt du die rechte Hand bei der Drei-Finger-Regel?

Antwort anzeigen

Antwort

Fließen Ladungsträger vom Pluspol zum Minuspol (technische Stromrichtung), benutzt du die rechte Hand bei der Drei-Finger-Regel!

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Frage

Was verstehst du unter dem Hall-Effekt?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Hall-Effekt erklärt die Bewegung von elektrischen Teilchen in einem Leiterplättchen, das sich in einem stationären – also zeitlich und örtlich unveränderlichen – Magnetfeld befindet. Dabei entsteht eine Spannung – die so genannte Hall-Spannung.  

Frage anzeigen

Frage

Welchen mathematischen Zusammenhang kannst du zwischen der Feldstärke und der Hall-Spannung erkennen?

Antwort anzeigen

Antwort

Zwischen der Feldstärke und der Hall-Spannung lässt sich ein linearer Zusammenhang erkennen. Das bedeutet, dass das Verhältnis der beiden Größen durch eine Gerade dargestellt werden kann.

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Frage

Was versteht man unter der Hall-Konstante?

Antwort anzeigen

Antwort

Bei der Hall-Konstante handelt es sich um eine stoffabhängige Konstante – also einen konstanten Wert, der davon abhängt, welche Eigenschaften das Leiterplättchen aufweist. 

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Frage

Wie kann das Auftreten der Hall-Spannung in einem Leiterplättchen erklärt werden?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Elektronen im Leiterplättchen werden anhand der Lorentzkraft durch das Magnetfeld abgelenkt. Es entsteht an einem Ende des Leiterplättchens ein Elektronenüberschuss (negative Ladung) und am anderen Ende ein Elektronenmangel (positive Ladung). Daher bildet sich ein elektrisches Feld aus, an dem eine Spannung abfällt – die Hall-Spannung. 

Frage anzeigen

Frage

Was ist eine Anwendung des Hall-Effekts?

Antwort anzeigen

Antwort

Den Hall-Effekt kannst du zum Messen der Stärke eines Magnetfeldes verwenden. Das Messgerät wird Hall-Sonde genannt.  

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Frage

Was versteht man unter dem Quanten-Hall-Effekt?

Antwort anzeigen

Antwort

Der Quanten-Hall-Effekt tritt unter extremen Bedingungen auf. Nämlich bei besonders geringer Temperatur und bei einem sehr starken Magnetfeld. Unter diesen Bedingungen ist kein linearer Zusammenhang mehr zwischen der magnetischen Feldstärke und der gemessenen Hall-Spannung zu erkennen.  

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Frage

Definiere den Begriff homogenes Magnetfeld.

Antwort anzeigen

Antwort

Ein homogenes Magnetfeld ist eine Form eines Magnetfeldes, das überall gleich gerichtet und gleich stark ist.

Frage anzeigen

Frage

Wähle aus, wie das Phänomen, dass ein stromdurchflossener Leiter ein Magnetfeld aufbaut, auch genannt wird.

Antwort anzeigen

Antwort

Elektromagnetismus

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Frage

Gib an, wie sich das Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters mit der Entfernung zum Leiter verändert.

Antwort anzeigen

Antwort

größere Entfernung = schwächeres Magnetfeld

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Frage

Wähle aus, was passiert, wenn ein Leiter von einem Strom durchflossen wird.

Antwort anzeigen

Antwort

Ein Magnetfeld entsteht.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe, wie die Magnetfeldlinien eines homogenen Magnetfeldes verlaufen.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Magnetfeldlinien eines homogenen Magnetfeldes sind parallel und in gleichen Abständen zueinander.

Frage anzeigen

Frage

Gib kurz an, was aus magnetischer Sicht passiert, wenn Strom durch einen Leiter fließt.

Antwort anzeigen

Antwort

Jeder vom Strom durchflossene Leiter bildet ein ihn umgebendes Magnetfeld aus.

Frage anzeigen

Frage

Gib an, wofür Du die Rechte-Faust-Regel bei stromdurchflossenen Leitern verwenden kannst.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Rechte-Faust-Regel dient zur Bestimmung der Richtung des Magnetfeldes bei bekannter technischer Stromrichtung.

Frage anzeigen

Frage

Beschreibe, wie die Magnetfeldlinien im Inneren einer Spule verlaufen.

Antwort anzeigen

Antwort

Die Magnetfeldlinien in einer Spule verlaufen stets parallel zur Ausbreitung der Spule. In einer Zylinderspule ist das Magnetfeld näherungsweise homogen.

Frage anzeigen

Frage

Wähle aus, was auf Magnetfeldlinien zutrifft.

Antwort anzeigen

Antwort

Magnetfeldlinien besitzen einen Anfang und ein Ende.

Frage anzeigen

Frage

Wähle aus, welche der folgenden physikalischen Größen das Magnetfeld beschreiben.

Antwort anzeigen

Antwort

Magnetische Flussdichte

Frage anzeigen

Frage

Benenne die Kraft eines Magnetfeldes auf bewegte Ladungen.

Antwort anzeigen

Antwort

Lorentzkraft

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Teste dein Wissen mit Multiple-Choice-Karteikarten

Welche der folgenden Kräfte ist von der Geschwindigkeit der Teilchen abhängig?

Welches der folgenden Bauteile wird nicht für ein Massenspektrometer benötigt?

Gib an, wie viele Pole ein Magnet besitzt.

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Karteikarten in Magnetfeld119

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Auf welche Teilchen wirkt die Lorentzkraft?

Nur auf elektrisch geladene Teilchen

Mit welcher Regel bestimmst du die Richtung der Lorentzkraft, die auf ein Elektron wirkt?

Mit der Drei-Finger-Regel der linken Hand.

Mit welcher Regel bestimmst du die Richtung der Lorentzkraft, die auf ein Proton wirkt?

Mit der Drei-Finger-Regel der rechten Hand.

Mithilfe welches Versuchsaufbaus lassen sich die Pole eines Magneten bestimmen?

Mithilfe des Leiterschaukelversuchs

Welche Flugbahn beschreibt ein geladenes Teilchen, das sich senkrecht zu den Feldlinien durch ein Magnetfeld bewegt?

Die Flugbahn ist kreisförmig.

Welche Faktoren spielen eine Rolle für die Intensität der Lorentzkraft bei Teilchen?

Die Ladung und Geschwindigkeit des Teilchens und die magnetische Flussdichte

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