Elektromagnetisches Feld

Präsentation zum Thema: "Elektromagnetisches Feld"—  Präsentation transkript:

1 Elektromagnetisches Feld
+

2 Elektrisches Feld Elektrisches Feld

3 Strom ? Ich stehe unter Strom. fließt durch Drähte.
Geräte brauchen Strom. Was ist Strom ?

4 Was ist Strom ?

5 Ladung ? Ich bin geladen. den Akku laden negativ und positiv
Was ist Ladung ?

6 I = Q t I * t = Q Was ist Strom ?

7 „Strom“ = Bewegung einer elektrischen Ladung
„starker Strom“ = Bewegung von viel Ladung in kurzer Zeit Was ist Strom ?

8 1A = [Q] 1s Ampere Coulomb 1A * 1s = [Q] = 1C Was ist Strom ?

9 Atom – Atomkern - Elektronen
„Elementarladung“ = Ladung eines Elektrons = 1,6 * As (negativ) positive Ladung ??? Atom – Atomkern - Elektronen

10 Hochspannung ist gefährlich
Ich bin gespannt. 230 V aus der Steckdose Hochspannung ist gefährlich Was ist Spannung ?

11 + + + + + + + + + + + Was ist Spannung ?

12 U = W Q U * Q = W Was ist Spannung ?

13 „Spannung“ = Arbeit bei der Bewegung einer elektrischen Ladung (Analogie: Feder)
„starke Spannung“ = viel Arbeit für die Bewegung einer elektrischen Ladung erforderlich umgekehrte Richtung der Bewegung ? Was ist Spannung ?

14 [W] 1V = 1As Watt Volta 1V * 1As = [W]=1Ws Was ist Spannung ?

15 „Etwas zieht an dem Kügelchen.“
+ + + + + + + + + + + „Etwas zieht an dem Kügelchen.“ Das elektrische Feld

16 „Feld“ umschreibt die Tatsache, dass jedem Punkt des Raumes eine physikalische Eigenschaft zugeordnet wird (Kraft, Tempe-ratur, Druck, Geschwindigkeit, ...) - + Vektorfeld / Skalarfeld konstantes / zeitlich veränderliches Feld Das elektrische Feld

17 - + Das elektrische Feld Gipspulver
Quelle: Grimsehl, „Lehrbuch der Physik“, Band II, S. 12 Das elektrische Feld

18 + + + - - + + Feldlinie = Weg, auf dem sich eine Probeladung im Feld bewegen würde Probeladung: relativ zur feldverursachenden Ladung so klein, dass die Störung, die sie hervorruft, vernachlässigt werden kann. Feldlinien

19 - + „elektrisches Feld, magnetisches Feld, Gravitationsfeld“
keine Sinnesempfindung, Ausdruck der Hilflosigkeit, da wirkt eine Kraft, auch im „Nichts“, im Vakuum - + Felder

20 Feldstärke, Kraft und Ladung
Q E * Q = F Feldstärke, Kraft und Ladung

21 Feldstärke, Kraft und Ladung
1Ws/1m [E] = 1As 1V [E] = 1m Feldstärke, Kraft und Ladung

22 Feldstärke und Feldlinien
+ + + - - + + Richtung der Feldstärke = Tangente an die Feldlinie Feldstärke und Feldlinien

23 Magnetisches Feld Magnetisches Feld

24 Erdmagnetfeld,Kompass
Nord- und Südpol Erdmagnetfeld,Kompass anziehen / abstoßen Magnetfeld ?

25 N S Stabmagnet Eisenfeilspäne
Quelle: Grimsehl, „Lehrbuch der Physik“, Band II, S. 80 Stabmagnet

26 Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Erdmagnetfeld
Das Erdmagnetfeld

27 Magnetische Feldlinien
Magnetische Feldlinien sind immer geschlossen. Sie gehen nicht von einem Pol aus. (Elektrische Feldlinien beginnen und enden bei Ladungen.) Quelle: Bergmann/Schaefer „Lehrbuch der Experimentalphysik“, Bd. II, S. 259; FBS: 6c 137 (2),7 Magnetische Feldlinien

28 Magnetische Feldlinien
Nord- und Südpol sind keine magnetisch besonderen Gebiete – diese Angabe hat rein praktischen Sinn, um die Richtung der Feldlinien anzugeben. Quelle: Bergmann/Schaefer „Lehrbuch der Experimentalphysik“, Bd. II, S. 259; FBS: 6c 137 (2),7 Magnetische Feldlinien

29 S N S N S N Zauberei ?

30 S N S N S N Zauberei ?

31 S N S N S N magnetische Monopole Zauberei ?

32 Magnetfeld um einen stromdurchflossenen Draht

33 Magnetfeld einer Spule
geschlossene Feldlinien ! Magnetfeld einer Spule

34 Magnetfeld einer Spule
Quelle: Bergmann/Schaefer „Lehrbuch der Experimentalphysik“, Bd. II, S. 259; FBS: 6c 137 (2),7 Magnetfeld einer Spule

35 S N S N S N Elementarmagnete

36 Magnetisches Feld – Elektrisches Feld
Das magnetische Feld ... hat etwas mit dem Stromfluss zu tun ... hat etwas mit bewegter elektrischer Ladung zu tun ... hat etwas mit veränderlichen elektrischen Feldern zu tun allgemeiner: noch allgemeiner: Magnetisches Feld – Elektrisches Feld

37 Elektromagnetische Wellen

38 veränderliche elektrische Felder erzeugen magnetische Felder
veränderliche magnetische Felder erzeugen elektrische Felder Wechselstrom durch einen Draht -> wechselnde Felder um den Draht herum Maxwell‘sche Gleichungen Veränderliche Felder

39 Maxwell‘sche Gleichungen Veränderliche Felder
Quelle: Veränderliche Felder

40 Elektromagnetische Wellen
Magnetfeld elektrisches ~ Feld Quelle: Bergmann/Schaefer „Lehrbuch der Experimentalphysik“, Bd. II, S. 317; FBS: 6c 137 (2),7 Elektromagnetische Wellen

41 bestimmte Form des Drahtes = Antenne
-> Ausbreitung elektromagnetischer Wellen im Raum Antenne

42 Elektromagnetische Wellen
Magnetfeld elektrisches Feld Elektromagnetische Wellen

43 Elektromagnetische Wellen
Magnetfeld Magnetfeld elektrisches Feld keine Scheibe, sondern Torus ! Elektromagnetische Wellen

44 Elektromagnetische Wellen
Magnetfeld Magnetfeld Magnetfeld elektrisches Feld elektrisches Feld elektrisches Feld Ausbreitungsgeschwindigkeit: m/s = „Vakuum-Lichtgeschwindigkeit“ Elektromagnetische Wellen

45 alle Energie als kinetische Energie alle Energie im Magnetfeld
alle Energie als potentielle Energie alle Energie im elektr. Feld alle Energie als kinetische Energie alle Energie im Magnetfeld alle Energie als potentielle Energie alle Energie im elektr. Feld Quelle: Bergmann/Schaefer „Lehrbuch der Experimentalphysik“, Bd. II, S. 424; FBS: 6c 137 (2),7 Energieumwandlung

46 „da schwingt etwas“ (Wasser, Seil) - - -
„Welle“ – „da schwingt etwas“ (Wasser, Seil) - - - Was schwingt bei einer elektro-magnetischen Welle ??? (auch im absoluten Vakuum !!) Was schwingt denn da ?

47 Das elektromagnetische Spektrum
Gamma- strahlung UV- Licht IR- Licht Micro- welle Wechsel- strom Röntgen- strahlung sichtbares Licht UKW je höher die Frequenz, um so höher die Energie der Stahlung Quelle: Das elektromagnetische Spektrum

48 Übermittlung von Informationen

49 Trägerfrequenz

50 Information

51 Modulation beim Sender der Information

52 Demodulation beim Empfänger der Information

53 Frequenzmodulation („FM“ = UKW im Radio)
Quelle: Frequenzmodulation („FM“ = UKW im Radio)

54 AM und FM bei Schallwellen
Veränderung der Lautstärke bei konstanter Tonhöhe FM Veränderung der Tonhöhe bei konstanter Lautstärke AM und FM bei Schallwellen

55 Gefahren Gefahren

56 Gefahren durch elektromagnetische Wellen
Elektromagnetische Wellen üben Kraftwirkungen auf elektrisch geladene Objekte aus ! Auch im menschlichen Körper ! Gefahren durch elektromagnetische Wellen

57 Gefahren durch elektromagnetische Wellen
Ionisierende Wirkung der Strahlung Gewebeerwärmung durch Strahlungsabsorbtion Intrazelluläre Prozesse durch Strahlungsabsorbtion oder elektrische Felder Veränderung von Seh- und Linsenzellen des Auges durch Strahlungsabsorbtion Beeinflussung des Hormonsystems durch Strahlungsabsorbtion Direkte Beeinflussung der biologischen Ströme (Nervensystem, Gehirn) durch Wechselfelder Beeinflussung des Herz- Kreislaufssystems eventuelle psychologische Wirkungen Quelle: siehe auch Gefahren durch elektromagnetische Wellen

58 gepulste Handystrahlung
„Damit über eine GSM-Basisstation mehrere Benutzer gleichzeitig Gespräche führen können, wird ein Verfahren angewendet, bei dem sich bis zu acht Benutzer den gleichen Frequenzkanal teilen.“ Dazu „wird … die Welle (Trägerfrequenz) jede Sekunde 217 mal unterbrochen, so dass man 217 ca. 4 Millisekunden-lange Ab-schnitte hat. Von jedem dieser Abschnitte sendet das Telefon nur 0,577 Millisekunden, ein Achtel der Zeit. Die restlichen 7/8 der Zeit sendet das Handy nichts.“ UMTS: ungepulst, geringere Sende-leistung als GSM, neue Funkzelle beginnt mit geringster Sendeleistung Quelle: Ökotest 3/2007, S. 44 gepulste Handystrahlung

59 Wirkung auf den Menschen
4 ms 0,6 ms rein thermisch (Mikrowelle) 900 MHz (D-Netz) / 1800 MHz (E-Netz) Nervenfunktionen 217 Hz (GSM) / 100 Hz (DECT) Wirkung auf den Menschen

60 Empfehlungen für den Umgang mit dem Handy
Kinder und Jugendliche sollten möglichst wenig mit dem Handy telefonieren. Telefonate in der Tiefgarage oder im Aufzug vermeiden. Denn je besser Handy abgeschirmt ist, umso stärker erhöht es seine Sendeleistung. Handy nicht permanent am Körper tragen. Im Auto eine Freisprecheinrichtung mit Außenantenne benutzen. Handy in Verkehrsmitteln ausschalten. Hohe Geschwindigkeiten sorgen dafür, dass sich das Handy ständig bei der nächstgelegenen Basisstation anmeldet. Andauerndes Senden ist die Folge. An ruhigen Orten telefonieren. Wenn das Handy die Hintergrundgeräusche von Bahnhof oder Kneipe mitsenden muss, erhöht es seine Sendeleistung. Beim Kauf eines neuen Handys auf den SAR-Wert achten. (SAR = „Spezifische Absorptionsrate“ << 2 W/kg) Quelle: Ökotest 3/2007, S. 48 Empfehlungen für den Umgang mit dem Handy

61 The BioInitiative Report 2007
BioInitiative Report: A Rationale for a Biologically-based Public Exposure Standard for Electromagnetic Fields For brain tumors, people who have used a cell phone for 10 years or longer have a 20% increase in risk (when the cell phone is used on both sides of the head). For people who have used a cell phone for 10 years or longer predominantly on one side of the head, there is a 200% increased risk of a brain tumor. This information relies on the combined results of many brain tumor/cell phone studies taken together (a meta-analysis of studies). Quelle: The BioInitiative Report 2007

62 The BioInitiative Report 2007
BioInitiative Report: A Rationale for a Biologically-based Public Exposure Standard for Electromagnetic Fields The risk of brain tumor (high-grade malignant glioma) from cordless phone use is 220% higher (both sides of the head). The risk from use of a cordless phone is 470% higher when used mostly on only one side of the head. Quelle: The BioInitiative Report 2007