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Elektrischer Strom und Magnetfeld Magnetfelder haben mit Bewegung zu tun.

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Präsentation zum Thema: "Elektrischer Strom und Magnetfeld Magnetfelder haben mit Bewegung zu tun."—  Präsentation transkript:

1 Elektrischer Strom und Magnetfeld Magnetfelder haben mit Bewegung zu tun

2 Inhalt Stromstärke Stromdichte Strom und magnetisches Feld Die Lorentzkraft Definition der magnetischen Feldstärke

3 Elektrischer Strom Quotient, Zähler: Die in einem Zeitintervall transportierte elektrische Ladung, Nenner: Zeitintervall Die Stromstärke ist eine skalare Größe

4 Versuch: Feldlinien um einen stromdurchflossenen Leiter

5 Das Magnetfeld von Strömen Magnetische Feldlinien Richtung des Stromflusses

6 Versuch: Stromdurchflossener Leiter und Kompassnadel

7 Jeder Strom ist von einem Magnetfeld umgeben Um Strom führende Leitungen liegt ein Magnetfeld!

8 SI-EinheitAnmerkung 1 A = 1 C/s 1 Ampère Elektrische Stromstärke, Elektrischer Strom 1 sZeitintervall 1 C Transportierte Ladung Elektrische Stromstärke Stromstärke Quotient: Zähler Ladung, Nenner Zeit

9 SI-EinheitAnmerkung 1 A / m 2 Elektrische Stromdichte 1 AStromstärke 1 m 2 Vom Strom durchflossene Fläche Elektrische Stromdichte Stromdichte Quotient: ZählerStromstärke, Nenner Fläche

10 Größe Si-Einheit ZeichenNameDefinition Elek- trische Strom- stärke AAmpere Die Stromstärke in zwei parallel zueinander angebrachten Leitern im Abstand von 1m beträgt 1 A, wenn die Ströme, bezogen auf die Länge 1m, die Kraft N aufeinander ausüben Grundgröße der Elektrizitätslehre

11 Kraftgesetz zwischen zwei Strom durchflossenen Leiterstücken Formal analog zur Coulomb-Kraft für ruhende Ladungen Biot-Savart GesetzCoulomb-Gesetz F steht für die Kraft zwischen zwei im Abstand r parallel zueinanderliegenden stromdurchflossenen Leiterstücke der Länge l l F F Abstand r

12 Kraft zwischen zwei Strom durchflossenen Leiterstücken Ziehen sich bei Strom in Gleichrichtung an Zwei im Abstand r parallel zueinanderliegende stromdurchflossene Leiterstücke stoßen sich bei Strom in Gegenrichtung ab F F F F

13 Spezielle Eigenschaft des Magnetfelds: Die Lorentzkraft Auf eine in einem Magnetfeld B mit Geschwindigkeit v bewegte Ladung q, also auf Ströme, wirkt eine Kraft, die Lorentzkraft F Diese Kraft steht senkrecht zu der Geschwindigkeit und zu der magnetischen Feldstärke

14 Zentripetalkraft = Lorentzkraft Zentrifugalkraft Geladene Teilchen bewegen sich im Magnetfeld auf Kreisbahnen

15 Einheit 1 NLorentzkraft 1 CLadung 1 m/sGeschwindigkeit 1 TMagnetfeldstärke Lorentzkraft bei Bewegung senkrecht zur Feldstärke Geladene Teilchen bewegen sich im Magnetfeld auf Kreisbahnen

16 Einheit 1 NLorentzkraft 1 CLadung 1 m/sGeschwindigkeit 1 TMagnetfeldstärke Lorentzkraft, vektoriell

17 Versuch: Stromdurchflossener Leiter in einem starken Magnetfeld

18 Eine Strom führende Leitung wird aus dem Magnetfeld gedrängt

19 Einheit B = F / ( v · q ) 1 Vs/m 2 = 1 T (1 Tesla) Magnetische Feldstärke F1 N Kraft auf eine mit Geschwindigkeit v senkrecht zum Feld bewegte Ladung v1 m/s Geschwindigkeit q1 C Elektrische Ladung Die magnetische Feldstärke Richtung der Kraft: Lorentz Kraft

20 Anwendung im EKG von Einthoven (1903) Nobelpreis 1924 Quelle für Bild und Text, mit freundlicher Genehmigung des Autors:

21 Zusammenfassung Elektrische Stromstärke: Quotient, transportierte Ladung Q durch Zeit t : I = Q / t [A] Stromdichte: Quotient Stromstärke durch vom Strom durchflossene Fläche: J = I / A [A/m^2] Jeder Strom ist von kreisförmigen Magnetfeldlinien umgeben An einem Ort mit magnetischer Feldstärke B wirkt auf eine mit Geschwindigkeit v bewegte Ladung Q eine Kraft F = v · Q · B [N] –Richtung der Kraft (Lorentzkraft) für eine positive Ladung: Senkrecht sowohl zu B als auch zu v (Rechte Hand Regel) Magnetische Feldstärke: Quotient B = F / (v · Q) [T] –Zähler: Lorentzkraft auf die bewegte Ladung –Nenner: Ladung mal Geschwindigkeit

22 Einthovens EKG mit Saitengalvanometer (1903) finis Magnetfeld (Prinzip, Signal stark vereinfacht) Die Lorentzkraft bewegt den Draht, abhängig vom Stromfluss


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