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Magnetismus eine kurze Einführung Hugo Keller Supraleitung und Magnetismus im Physikunterricht Weiterbildungskurs 1. Februar 2013.

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1 Magnetismus eine kurze Einführung Hugo Keller Supraleitung und Magnetismus im Physikunterricht Weiterbildungskurs 1. Februar 2013

2 Der Legende nach war der alte griechische Schäfer Magnes der erste Mensch, der das Phänomen des Magnetismus bemerkt hat. Er ließ vor etwa 4000 Jahren seine Herde in der Magnesia genannten Region im Norden Griechenlands weiden. Man sagt, dass die Nägel seiner Schuhe und die Metallspitze seines Stocks an einem großen schwarzen Stein kleben blieben. Diese Steine wurden "Magnetit" genannt, in Anlehnung an Magnesia oder Magnus. Die ersten schriftlichen Erwähnungen des Magnetismus stammen von Lucretius aus dem ersten Jahrhundert vor Christus. Wegen der wundersam scheinenden Kräfte des Magnetit hielt sich sehr lange der Aberglaube, nach dem von diesen Steinen magische Kräfte ausgehen, die Krankheiten heilen, böse Geister vertreiben, und aus Eisen hergestellte Schiffe auflösen können. Im Gegensatz zum Bernstein (versteinertes Harz) kann Magnetit Objekte anziehen ohne vorher gerieben worden zu sein. Das machte diesen Stein sehr viel magischer. Dieser Stein zieht nicht nur Objekte an. Eine Eisennadel wird durch die Berührung mit Magnetit selbst "magnetisch". Um das Jahr 1000 nach Christus fanden die Chinesen heraus, dass eine solcheNadel sich nach Norden ausrichtet wenn sie frei drehbar aufgehängt wird. Damit war der Kompass erfunden. Aber man war noch weit vom wissenschaftlichen Verständnis des Phänomens entfernt. Erste systematische Untersuchungen begannen erst um 1600 mit den Experimenten von William Gilbert, einem englischen Arzt und Physiker. Geschichte des Magnetismus

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4 med131

5 med254

6 med127 Elektrostatik

7 med125 Elektrisches Feldlinienbild einer Punktladung

8 med124 Elektrischer Dipol (Feldlinienbild)

9 Ladung in Ruhe E-Feld Ladung in Bewegung (v = konst.) B-Feld Ladung in Bewegung (v konst., beschleunigt) E(t)-Feld und B(t)-Feld elektromagnetische Strahlung Elektrische Ladungen in Bewegung

10 Ströme und Magnetfelder

11 Entdeckung von H.C. Oersted (1820): Ein Strom durchflossener Leiter erzeugt ein Magnetfeld

12 med153 Magnetfeld eines stromführenden Drahtes magnetische Feldlinien sind geschlossen B-Feld ist Wirbelfeld

13 med154 Magnetfeld einer Spule

14 Oberfläche eines Neutronensterns10 8 T Grosser Elektromagnet1.5 T Erdoberfläche10 -4 T interstellarer Raum T magnetisch abgeschirmter Raum T Typische Gr ö ssenordnungen einiger Magnetfelder

15 Magnetfeld/Induktion

16 Induktionsgesetz von Faraday (1831) Die in einer Leiterschleife induzierte Spannung (EMK) U ind ist gleich der negativen zeitlichen Änderung des magnetischen Flusses durch die von der Leiterschleife berandete Fläche:

17 med256

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20 med151 Lenzsche Regel

21 Anwendungen des Induktionsgesetzes - - Transformator - - Wechselstromgenerator/motor - - Hochfrequenztechnik - - Radio- und TV-Technik - - Nachrichtentechnik - - Sensorik - etc.

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23 elektrische Ladungen sind Quellen des E-Feldes B-Feld hat keine Quellen (keine magnetischen Monopole) Gesetz von Ampère Induktionsgesetz von Faraday Maxwell-Gleichungen

24 elektromagnetische Wellen

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26 med195

27 med197

28 med192

29 Materie im Magnetfeld

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32 diamagnetischparamagnetischferromagnetisch HeAlFe N2N2 NaCo AgO2O2 Ni BiGd 2 O3Permalloy

33 Magnetische Materialien

34 Diamagnetischer Frosch

35 Die magnetischen Eigenschaften von Materialien lassen sich nur im Rahmen der Quantenmechanik verstehen. Dabei spielen drei Eigenschaften des Elektrons eine entscheidende Rolle: Das Elektron hat eine elektrische Ladung Die Elektronen in Atomen haben einen Bahndrehimpuls Die Elektronen in Atomem haben einen Eigendrehimpuls (Spin). Der Spin kommt in der klassischen Physik nicht vor Ursache des Magnetismus in Materie

36 med157

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43 Ferromagnet

44 Vielen Dank!


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