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Teilchen in Magnetfeldern
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Elektrische Ladungen, die sich in einem Magnetfeld bewegen, werden senkrecht zu der Richtung abgelenkt, in die sie sich bewegen und in die das Magnetfeld zeigt.
Die auf das Teilchen wirkende Kraft hängt von der Ladung, der Geschwindigkeit und dem Magnetfeld ab und wird als Lorentzkraft bezeichnet.
ID:(818, 0)
Parallelströme
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Wenn zwei Ströme in paralleler Weise fließen dürfen, beobachten wir eine anziehende Kraft zwischen den Leitungen.
Es ist wichtig daran zu erinnern, dass Ströme aus Elektronen in Bewegung bestehen, und Elektronen stoßen sich aufgrund ihrer negativen Ladung natürlicherweise ab. Wenn sich jedoch diese Ladungen in Bewegung befinden, wird diese abstoßende Kraft zu einer anziehenden Kraft, was zu der beobachteten Anziehung zwischen den negativ geladenen Leitern führt.
ID:(11772, 0)
Gegenüberliegende Parallelströme
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Wenn zwei Ströme in paralleler Richtung, aber in entgegengesetzter Richtung fließen dürfen, beobachten wir eine abstoßende Kraft zwischen den Drähten.
Vergleicht man dieses Experiment mit dem, bei dem der Fluss parallel, aber in gleicher Richtung verläuft, liegt der entscheidende Unterschied in der relativen Geschwindigkeit in letzterem Fall.
ID:(11773, 0)
Parallelströme, Feld ist nicht elektrisch
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Wenn eine Metallplatte zwischen beide Leiter platziert wird, wird keine erkennbare Wirkung beobachtet:
Daher kommen wir zu dem Schluss, dass das erzeugte Feld nicht einem herkömmlichen elektrischen Feld entspricht.
ID:(11774, 0)
Effekt von Strom auf einen Kompass
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Wenn eine Kompassnadel einem elektrischen Strom ausgesetzt wird, können folgende Beobachtungen gemacht werden:
Zusammengefasst zeigt die Kompassnadel folgendes Verhalten:
• Sie dreht sich nicht, wenn kein elektrischer Strom vorhanden ist.
• Sie dreht sich, wenn ein elektrischer Strom fließt.
• Wenn die Richtung des Stromflusses umgekehrt wird, kehrt sich auch die Drehung der Nadel um.
ID:(11775, 0)
Erfassung des erzeugten Magnetfeldes
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Wenn man den Raum um einen Draht mit einem Kompass erkundet, bemerkt man, dass der Strom das Auftreten eines Magnetfeldes induziert:
Deshalb können parallele Drähte sich je nach Stromrichtung anziehen oder abstoßen. Der Schlüssel hierbei ist:
Der Strom erzeugt ein Magnetfeld, und dieses Magnetfeld übt eine Kraft auf bewegte Ladungen aus.
ID:(11776, 0)
Lorenz Gesetz
Gleichung
Die Kraft
| $ \vec{F} = q ( \vec{E} + \vec{v} \times \vec{B} )$ |
ID:(3219, 0)
Größe der magnetischen Komponente der Lorentzkraft
Gleichung
Die magnetische Komponente der Lorentzkraft ist
| $ \vec{F} = q \vec{v} \times \vec{B} $ |
so mit
seine Größe wird sein
| $ F = q v B \sin \theta $ |
ID:(3873, 0)
Kreisbewegung im Magnetfeld
Gleichung
Die magnetische Komponente der Lorentzkraft
| $ F = q v B \sin \theta $ |
Sie ist immer senkrecht zur Bewegungsrichtung, die dazu führt, dass sich das Teilchen in einem Kreis bewegt (die Geschwindigkeit ist tangential dazu und daher immer orthogonal zum Radius). Der Radius muss so sein, dass die Magnetkraft gleich der Zentrifugalkraft ist, also muss es sein
| $ m \displaystyle\frac{ v ^2}{ r }= q v B $ |
ID:(3229, 0)
Radius der Kreisbahn im Magnetfeld
Gleichung
Die Bewegung einer elektrischen Ladung in einem kreisförmigen Magnetfeld, die die Gleichheit zwischen den magnetischen und den Zentrifugalkräften erfüllt
| $ m \displaystyle\frac{ v ^2}{ r }= q v B $ |
es wird sein, dass der Radius der Umlaufbahn sein wird
| $ r =\displaystyle\frac{ m v }{ q B }$ |
ID:(3874, 0)
Zyklotronfrequenz
Gleichung
Die Bewegung einer elektrischen Ladung in einem kreisförmigen Magnetfeld, die die Gleichheit zwischen den magnetischen und den Zentrifugalkräften erfüllt
| $ m \displaystyle\frac{ v ^2}{ r }= q v B $ |
So können Sie die Winkelfrequenz berechnen
| $ v = r \omega $ |
mit dem sich die Ladung um die Mitte der Umlaufbahn dreht
| $ \omega =\displaystyle\frac{ q B }{ m }$ |
Dies ermöglicht es, die Beziehung zwischen Last und Masse empirisch zu bestimmen.
ID:(10058, 0)
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Video
Video: Teilchendynamik