Magnetismus eine kurze Einführung Hugo Keller

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

2 Geschichte des Magnetismus
Geschichte des Magnetismus 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.

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4 med131

5    med254

6 Elektrostatik med127

7 Elektrisches Feldlinienbild einer Punktladung
Elektrisches Feldlinienbild einer Punktladung med125

8 Elektrischer Dipol (Feldlinienbild)
Elektrischer Dipol (Feldlinienbild) med124

9 Elektrische Ladungen in Bewegung
Elektrische Ladungen in Bewegung 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

10 Ströme und Magnetfelder
Ströme und Magnetfelder

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

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

13 Magnetfeld einer Spule
Magnetfeld einer Spule med154

14 Typische Grössenordnungen einiger Magnetfelder
Typische Grössenordnungen einiger Magnetfelder Oberfläche eines Neutronensterns 108 T Grosser Elektromagnet 1.5 T Erdoberfläche 10-4 T interstellarer Raum 10-10 T magnetisch abgeschirmter Raum 10-14 T

15 Magnetfeld/Induktion
Magnetfeld/Induktion

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

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18 med256

19 med256

20 Lenzsche Regel med151

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

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

24 elektromagnetische Wellen
elektromagnetische Wellen

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26 med195

27 med197

28 med192

29 Materie im Magnetfeld

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32 diamagnetisch paramagnetisch ferromagnetisch
diamagnetisch paramagnetisch ferromagnetisch He Al Fe N2 Na Co Ag O2 Ni Bi Gd2O3 Permalloy

33 Magnetische Materialien
Magnetische Materialien

34 Diamagnetischer Frosch
Diamagnetischer Frosch

35 Ursache des Magnetismus in Materie
Ursache des Magnetismus in Materie 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

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43 Ferromagnet

44 Vielen Dank!