Schwere, Elektrische und Magnetische Wechselwirkung (Gravitation, Elektrostatik, Magnetostatik): Unterschied zwischen den Versionen
K (→Beweglichkeit/Influenz) |
(→Versuche und Beispiele) |
||
(75 dazwischenliegende Versionen des gleichen Benutzers werden nicht angezeigt) | |||
Zeile 1: | Zeile 1: | ||
+ | ([[Inhalt_Kursstufe|'''Kursstufe''']] > [[Inhalt_Kursstufe#Grundlagen elektrischer, magnetischer und schwerer Felder|'''Grundlagen elektrischer, magnetischer und schwerer Felder''']]) | ||
+ | |||
+ | |||
==Versuche und Beispiele== | ==Versuche und Beispiele== | ||
<gallery widths=150px heights=130px perrow=4 caption=""> | <gallery widths=150px heights=130px perrow=4 caption=""> | ||
− | Bild:Earth-Moon System.jpg| | + | Bild:Earth-Moon System.jpg|Erde und Mond ziehen sich über 400000km hinweg an.<br>[http://www.youtube.com/watch?v=K3VQ3khW7kw Video: Wie die Schwerkraft die Erde fest im Griff hat] |
− | Bild:Lightning3.jpg| | + | Bild:Tankstelle.jpg|Warum darf man an der Tankstelle kein Handy benutzen? ([https://www.youtube.com/watch?v=PeXtE6QpbqY Video]) |
− | Bild:Kompass.jpg| | + | Bild:Lightning3.jpg|Schmeißt Zeus immer noch mit Blitzen oder wie entstehen sie? ([https://www.youtube.com/watch?v=zQmqzF30Qlk Video 3:15-5:00]) |
− | Bild: | + | Bild:Hai_Lorenzinische_Ampullen.jpg|Ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Lorenzinische_Ampullen Hai] kann elektrische Felder fühlen. |
− | Bild: | + | Bild:Kompass.jpg|Mit einem Kompass kann man sich orientieren. |
− | Bild:Schallplattengenerator.jpg | + | Bild:Kraniche Vogelzug.jpg|[http://www.ardmediathek.de/tv/Kopfball/Magnetsinn-im-Kopf/Das-Erste/Video?documentId=20964836&bcastId=443428 Zugvögel] können das auch ohne Kompass. |
− | Bild: | + | Bild:Magnetische_Heizung_oben.jpg|Ein Kompass zeigt bei Heizkörpern an der Oberseite... |
+ | Bild:Magnetische_Heizung_unten.jpg|etwas anderes an als an der Unterseite. | ||
+ | Bild:Laserdrucker.jpg|Wie funktioniert eigentlich ein [http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrofotografie#Funktionsweise Laserdrucker]? | ||
+ | Bild:Felder_flying_stick.jpg|Ein elektrischer "Zauberstab". | ||
+ | Bild:Elektrostatik_Versuch_Wedelgenerator_Versuchsaufbau.jpg|Ein "Schallplattengenerator". <br> ([[Media:Elektrostatik_Influenz_Versuch_Wedelgenerator.ogg|Video des Versuchs]]) | ||
+ | Bild:Elektrostatik_Haare_geladen_Reibungselektrizität_Rutsche.jpg|Der Junge ist gerutscht. | ||
+ | Bild:Luftballon grün.jpg|Der Ballon klebt an der Wand! ([https://phet.colorado.edu/en/simulation/balloons Simulation]) | ||
</gallery> | </gallery> | ||
===Gravitation=== | ===Gravitation=== | ||
<youtube>vWlCm0X0QC0</youtube> | <youtube>vWlCm0X0QC0</youtube> | ||
− | = | + | *[http://www.youtube.com/watch?v=mezkHBPLZ4A Was ist Gravitation?] (Eine Umfrage von "veritasium") |
+ | ;Die Gravitationsdrehwaage | ||
*[http://www.youtube.com/watch?v=OPl8JG2n3jE youtube: gravitationswaageDIVX.AVI] | *[http://www.youtube.com/watch?v=OPl8JG2n3jE youtube: gravitationswaageDIVX.AVI] | ||
− | *[http://www.youtube.com/watch?v= | + | *[http://www.youtube.com/watch?v=9yMQM5AN8mc Video: How to Weigh the Earth] |
− | + | ||
+ | ;Ein Gewicht | ||
Das Gewicht wird zum Boden gezogen. Beim kleinen Gewicht ist auch nur eine kleine Kraft nötig, um es zu halten. | Das Gewicht wird zum Boden gezogen. Beim kleinen Gewicht ist auch nur eine kleine Kraft nötig, um es zu halten. | ||
Zeile 21: | Zeile 32: | ||
*Flying Stick | *Flying Stick | ||
*Doppelpendel | *Doppelpendel | ||
− | + | ||
+ | ;Zwei Trinkhalme | ||
Zwei an einem Faden hängende Kunststoff-Trinkhalme werden mit einem Wollappen gerieben. | Zwei an einem Faden hängende Kunststoff-Trinkhalme werden mit einem Wollappen gerieben. | ||
− | + | ;Beobachtung | |
Die beiden Halme entfernen sich voneinander. | Die beiden Halme entfernen sich voneinander. | ||
Die Wirkung ist größer, wenn man stark gerieben hat und läßt mit der Zeit nach. | Die Wirkung ist größer, wenn man stark gerieben hat und läßt mit der Zeit nach. | ||
+ | |||
===Magnetische Wechselwirkung=== | ===Magnetische Wechselwirkung=== | ||
*(Ent)Magnetisieren:Schütteln/Erhitzen (Elementarmagnete?) | *(Ent)Magnetisieren:Schütteln/Erhitzen (Elementarmagnete?) | ||
Zeile 32: | Zeile 45: | ||
*Doppelpendel | *Doppelpendel | ||
− | + | ;Ein schwebender Magnet | |
− | + | ;Beobachtung | |
Der Magnet sinkt auf den unteren, bis er zum Stehen kommt. Um ihn dem anderen zu nähern, muss man fester drücken. | Der Magnet sinkt auf den unteren, bis er zum Stehen kommt. Um ihn dem anderen zu nähern, muss man fester drücken. | ||
− | + | ;Wagen stoßen zusammen | |
Zwei Wagen fahren aufeinander und stoßen zusammen. Zwischen den Wagen befindet sich eine Metallfeder. Dann werden Magnete an den Wagen befestigt und der Zusammenstoß wiederholt. | Zwei Wagen fahren aufeinander und stoßen zusammen. Zwischen den Wagen befindet sich eine Metallfeder. Dann werden Magnete an den Wagen befestigt und der Zusammenstoß wiederholt. | ||
− | + | ;Beobachtung | |
Die Wagen nähern sich und stoßen sich voneinander ab. Im Falle der befestigten Magnete, ohne sich zu berühren. | Die Wagen nähern sich und stoßen sich voneinander ab. Im Falle der befestigten Magnete, ohne sich zu berühren. | ||
+ | ===Gemischtwarenladen=== | ||
+ | ;Aufbau | ||
+ | Man versucht mit dem geriebenen Luftballon eine Wirkung auf den Magneten zu erzielen. Oder auf ein aufgehängtes Holzstück. | ||
+ | Und Magnet und Stück Holz. | ||
+ | ;Beobachtung | ||
+ | Zwischen dem geriebenen Luftballlon und dem Magneten (dem Gewicht) gibt es eine WW. | ||
+ | Zwischen Magnet und Holz nicht. (Oder keine messbare.) | ||
+ | ==Eigenschaften von schwerer, elektrischer und magnetischer Wechselwirkung== | ||
+ | [[Datei:Wechselwirkung_Fernwirkung.png|thumb]] | ||
+ | [[Datei:Wechselwirkung_Wechselwirkung.png|thumb]] | ||
+ | ====Drei verschiedene Wechselwirkungen==== | ||
+ | ---- | ||
+ | Zwei Gegenstände können eine Wechselwirkung aufeinander ausüben. | ||
+ | Aus einer mechanischen Sichtweise heraus heißt das, dass sie aufeinander [[Kraft_und_Impuls|Kräfte ausüben und Impuls austauschen]]. Ein Gegenstand verliert Impuls, der andere Gegenstand erhält den Impuls. | ||
+ | Offensichtlich besteht eine Wechselwirkung zwischen jeweils passenden ähnlichen Eigenschaften von Gegenständen. Es gibt drei verschiedene physikalische Eigenschaften, die Wechselwirkungen hervorrufen<ref>Außerdem gibt es noch die starke und die schwache Wechselwirkung. Meistens wird die elektro-magnetische WW nur als eine WW gezählt, dann sind es 4 WW. Die starke WW ist unter anderem dafür verantwortlich, dass die Atomkerne zusammenhalten. Die schwache WW ist beim radioaktiven Zerfall von Bedeutung.</ref>. | ||
− | + | '''1)''' Die (schwere) Masse (<math>m</math> in Kilogramm, <math>\rm kg</math>) | |
− | + | :Alle Gegenstände mit einer (schweren) Masse , werden gegenseitig angezogen. ("Schwere Masse ist homosexuell." ;) | |
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | = | + | '''2)''' Die elektrische Ladung (<math>Q</math> in "Coulomb", <math>1\,\rm C=1\,\rm A\,s</math>), die positiv oder negativ sein kann. |
− | + | :Elektrisch gleichnamige Gegenstände werden abgestoßen, ungleichnamige werden angezogen. ("Elektrische und Magnetische Ladung sind hetero und homophob<ref>Siehe [http://de.wikipedia.org/wiki/Homophobie Wikipedia: Homophobie]</ref> .")) | |
+ | '''3)''' Die magnetische Ladung<ref>Die magnetische Ladung wird auch als [http://de.wikipedia.org/wiki/Magnetostatik Polstärke <math>p</math>] bezeichnet.</ref> (<math>Q_m</math> in "Weber", <math>1\,\rm Wb=1\,\rm V\,s</math>), die Nordpol- oder Südpolladung sein kann. | ||
+ | :Die Enden zweier Gegenstände mit gleichnamigen magnetischen Ladungen werden abgestoßen, ungleichnamige werden angezogen. | ||
− | + | *Die Wechselwirkung ist umso größer, je größer die Massen, die elektrischen oder die magnetischen Ladungen sind. | |
− | + | :Zwei ungleichnamige elektrische oder magnetische Ladungen schwächen sich in ihrer gemeinsamen Wirkung. | |
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | *Die Wechselwirkung ist umso größer, je größer die elektrischen oder magnetischen Ladungen | + | |
− | + | ||
*Außerdem steigt die Wirkung bei kleinerem Abstand. | *Außerdem steigt die Wirkung bei kleinerem Abstand. | ||
− | |||
====Ladungsträger im Atommodell==== | ====Ladungsträger im Atommodell==== | ||
+ | ---- | ||
<gallery widths=200px heights=130px perrow=3> | <gallery widths=200px heights=130px perrow=3> | ||
Bild:Festkörper_Isolator.png|Das Modell eines Isolators. | Bild:Festkörper_Isolator.png|Das Modell eines Isolators. | ||
Zeile 89: | Zeile 102: | ||
*Alle Materiebausteine tragen schwere Ladungen (Masse). | *Alle Materiebausteine tragen schwere Ladungen (Masse). | ||
− | *Protonen tragen positive | + | *Protonen tragen positive und Elektronen negative elektrische Ladung. |
− | *Manche Atome (Fe, Co, Ni) sind durch die Art ihrer Elektronenhülle ein kleiner Magnet/magnetischer Dipol. (Tragen sowohl Nord- als auch Südpolladung.)<ref>[http://www.heise.de/tp/artikel/26/26091/1.html IBM sucht die Super-Festplatte] Artikel bei heise online über eine "Super-Festplatte", welche die Magnetisierung einzelner Eisenatome zur Datenspeicherung verwendet. <br/> [http:// | + | *Manche Atome (Fe, Co, Ni) oder Legierungen sind durch die Art ihrer Elektronenhülle ein kleiner Magnet/magnetischer Dipol. (Tragen sowohl Nord- als auch Südpolladung.)<ref>Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Dauermagnet#Dauermagnetmaterialien Dauermagnetmaterialien] <br>[http://www.heise.de/tp/artikel/26/26091/1.html IBM sucht die Super-Festplatte] Artikel bei heise online über eine "Super-Festplatte", welche die Magnetisierung einzelner Eisenatome zur Datenspeicherung verwendet. <br/> [http://www.ssc.rwth-aachen.de/index.php?menuID=3 Schöne Bilder von atomarer Magnetstruktur] (Prof. Dr. rer. nat. Dronskowski (Institut für Anorganische Chemie, RWTH Aachen))</ref> |
*In Festkörpern sind die Atome nur schwer verschiebbar, oft in einer regelmäßigen Kristall-Struktur. | *In Festkörpern sind die Atome nur schwer verschiebbar, oft in einer regelmäßigen Kristall-Struktur. | ||
*Die äußere Elektronenhülle ist bei manchen Festkörpern ("Leiter") "leicht" verschiebbar, bei anderen ("Isolator") nicht. | *Die äußere Elektronenhülle ist bei manchen Festkörpern ("Leiter") "leicht" verschiebbar, bei anderen ("Isolator") nicht. | ||
− | *Die atomaren Magnete sind je nach Art des Festkörpers mehr oder weniger leicht | + | *Die atomaren Magnete sind je nach Art des Festkörpers mehr oder weniger leicht zu drehen.<ref>Genauer gesagt, sind die Grenzen der sogenannten "Weisschen Bezirke" mit mehr oder weniger Energieaufwand zu verschieben.(Siehe Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Weiss-Bezirk Weiss-Bezirk])</ref> |
====Entstehung der Ursachen / Ladungen==== | ====Entstehung der Ursachen / Ladungen==== | ||
− | <gallery widths= | + | ---- |
+ | <gallery widths=200px heights=200px perrow=3 > | ||
Bild:Ladungsverschiebung.png|Elektronen sind vom oberen auf den unteren Gegenstand gebracht worden. | Bild:Ladungsverschiebung.png|Elektronen sind vom oberen auf den unteren Gegenstand gebracht worden. | ||
Bild:Ladungsverschiebung_einfach.png|Dadurch ist der obere Gegenstand positiv, der untere negativ geladen. | Bild:Ladungsverschiebung_einfach.png|Dadurch ist der obere Gegenstand positiv, der untere negativ geladen. | ||
Zeile 105: | Zeile 119: | ||
Bild:Festmagnet_vollständig_magnetisiert.png|Dieser Festmagnet ist sogar vollständig magnetisiert. | Bild:Festmagnet_vollständig_magnetisiert.png|Dieser Festmagnet ist sogar vollständig magnetisiert. | ||
Bild:Festmagnet_mit_Ladungen.png|Vereinfachte Darstellung mit Magnetisierungslinien, die von Südpol- zu Nordpolladungen verlaufen. | Bild:Festmagnet_mit_Ladungen.png|Vereinfachte Darstellung mit Magnetisierungslinien, die von Südpol- zu Nordpolladungen verlaufen. | ||
+ | Bild:Elektret teilweise polarisiert.png|Bei diesem Elektret<ref>Elektrete sind das elektrische Analogon zu Magneten. Sie enthalten atomare elektrische Dipole, die dauerhaft in eine bestimmte Richtung zeigen können. Dadurch entstehen an den Rändern Polarisationsladungen. (Siehe Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektret Elektret]) Hauptanwendung ist die Herstellung von Elektretmikrophonen. (Siehe Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektretmikrofon Elektretmikrophon])</ref> sind die atomaren Dipole überwiegend gleich ausgerichtet. | ||
+ | Bild:Elektret vollständig polarisiert.png|Dieser Elektret ist sogar vollständig polarisiert. | ||
+ | Bild:Elektret mit Ladungen.png|Vereinfachte Darstellung mit Polarisierungslinien, die von negativen zu positiven Ladungen verlaufen. | ||
</gallery> | </gallery> | ||
− | *Um einen Gegenstand elektrisch zu laden | + | *Um einen Gegenstand elektrisch zu laden kann man elektrische Ladungen verschieben, man kann sie nicht erzeugen. |
*Um einen Gegenstand zu magnetisieren, muss man seine atomaren Magnete ausrichten. | *Um einen Gegenstand zu magnetisieren, muss man seine atomaren Magnete ausrichten. | ||
− | *Bei der Magnetisierung eines Gegenstandes entsteht an den Rändern genausoviel Nordpol- wie Südpolladung. Die Summe der Ladungen ist Null. | + | **Bei der Magnetisierung eines Gegenstandes entsteht an den Rändern genausoviel Nordpol- wie Südpolladung. Die Summe der Ladungen ist Null. |
+ | **Durch Erhitzung oder Erschütterungen werden die atomaren Magnete eines magnetisierbaren Gegenstandes beweglich. | ||
+ | *Um einen Gegenstand zu polarisieren, muss man seine atomaren elektrischen Dipole ausrichten. | ||
+ | **Bei der Polarisierung eines Gegenstandes entsteht an den Rändern genausoviel positive wie negative Ladung. Die Summe der Ladungen ist Null. | ||
+ | **Durch Erhitzung oder Erschütterungen werden die atomaren Dipole eines polarisierbaren Gegenstandes beweglich. | ||
− | |||
Zeile 121: | Zeile 141: | ||
====Vergleiche==== | ====Vergleiche==== | ||
− | =====Stärke===== | + | ---- |
− | + | ======Stärke====== | |
− | + | Im Alltag ist die magnetische Wechselwirkung am stärksten. Schon kleine Magnete werden mit großen Kräften zusammengezogen. Elektrische Kräfte, wie zwischen zwei geriebenen Luftballons sind verhältnismäßig klein. | |
− | + | Erst bei großen Massen wie der Erde ist die schwere Wechselwirkung deutlich spürbar. | |
− | + | ======Reichweite====== | |
− | + | ||
− | =====Reichweite===== | + | |
*Es gibt keine negative Massen. | *Es gibt keine negative Massen. | ||
− | *Die meisten Gegenstände enthalten fast gleichviel positive und negative elektrische Ladung. ( | + | *Die meisten Gegenstände enthalten fast gleichviel positive und negative elektrische Ladung. (Weil gleichnamige elektrische Ladung voneinander abgestoßen wird, ist es schwer elektrische Ladung anzuhäufen.) |
*Alle Gegenstände enthalten gleichviel Nord- und Südpolladung. | *Alle Gegenstände enthalten gleichviel Nord- und Südpolladung. | ||
− | + | Im Gegensatz zur elektrischen Ladung kann man von schwerer Masse ganz viel anhäufen. In einem großen Abstand wirkt daher nur noch die Gravitation von massereichen Gegenständen, wie Erde, Mond oder Sonne. Bei einem Magnet heben sich in größerer Entfernung die Wirkung der beiden Pole auf. | |
− | ==== | + | ====Elektrische und magnetische Influenz<ref>Der Begriff "Influenz" beschreibt die Veränderung eines Gegenstandes in der Nähe von elektrischen oder magnetischen Ladungen. Man kann also von elektrischer oder magnetischer Influenz sprechen. Bei Magneten hat sich zusätzlich der Begriff der Magnetisierung eingebürgert. Von "Elektrisierung" dagegen spricht man im physikalischen Sinne nicht. Dieser Begriff wird eher umgangssprachlich für eine Verschiebung der elektrischen Ladung benutzt.</ref>==== |
− | <gallery widths= | + | ---- |
− | Bild:Influenz_magnetisch_1.png|Ein unmagnetischer aber magnetisierbarer Gegenstand. | + | <gallery widths=260px heights=100px perrow=3 > |
− | Bild:Influenz_magnetisch_2.png|Wird in der Nähe eines | + | Bild:Influenz_magnetisch_1.png|'''magnetische Polarisation (magnetische Influenz):''' Ein unmagnetischer aber magnetisierbarer Gegenstand. |
− | Bild:Influenz_magnetisch_3.png|Vereinfachte Darstellung mit | + | Bild:Influenz_magnetisch_2.png|Wird in der Nähe eines Südpols magnetisiert. |
− | Bild:Influenz_elektrisch_1.png|Ein Isolator wird in der Nähe eines geladenen Gegenstandes... | + | Bild:Influenz_magnetisch_3.png|Vereinfachte Darstellung mit magnetischen Polarisationslinien, die von Südpol- zu Nordpolladungen verlaufen. |
+ | Bild:Influenz_elektrisch_1.png|'''Verschiebungspolarisation (elektrische Influenz):''' Ein Isolator wird in der Nähe eines geladenen Gegenstandes... | ||
Bild:Influenz_elektrisch_2.png|polarisiert. Die Elektronenhüllen verschieben sich. | Bild:Influenz_elektrisch_2.png|polarisiert. Die Elektronenhüllen verschieben sich. | ||
− | Bild:Influenz_elektrisch_3.png|Vereinfachte Darstellung mit Polarisierungslinien | + | Bild:Influenz_elektrisch_3.png|Vereinfachte Darstellung mit Polarisierungslinien, die von negativen zu positiven Ladungen verlaufen. |
− | Bild:Influenz_elektrisch_Leiter_1.png|Bei einem Leiter werden in der Nähe eines geladenen Gegenstandes... | + | Bild:Influenz_Wasser_1.png|'''Orientierungspolarisation (elektrische Influenz):''' Haben die Moleküle einen elektrischen Dipol (zB Wasser)... |
+ | Bild:Influenz_Wasser_2.png|so werden die Moleküle gedreht. | ||
+ | Bild:Influenz_elektrisch_3.png|Nach Außen ergibt sich das gleiche Ergebnis wie bei der Verschiebung der Elektronenhüllen. | ||
+ | Bild:Influenz_elektrisch_Leiter_1.png|'''Ladungsverschiebung (elektrische Influenz):''' Bei einem Leiter werden in der Nähe eines geladenen Gegenstandes... | ||
Bild:Influenz_elektrisch_Leiter_2.png|Ladungen verschoben. | Bild:Influenz_elektrisch_Leiter_2.png|Ladungen verschoben. | ||
− | Bild:Influenz_elektrisch_Leiter_3.png|Es entsteht ein elektrischer Dipol. | + | Bild:Influenz_elektrisch_Leiter_3.png|Der Gegenstand ist nicht polarisiert. <br>Es entsteht trotzdem ein elektrischer Dipol. |
</gallery> | </gallery> | ||
*Elektrische Ladung ist in einigen Stoffen sehr beweglich, in anderen nicht. | *Elektrische Ladung ist in einigen Stoffen sehr beweglich, in anderen nicht. | ||
*Magnetische Ladung ist immer fest an den magnetisierten Gegenstand gebunden. | *Magnetische Ladung ist immer fest an den magnetisierten Gegenstand gebunden. | ||
− | |||
*In einem elektrisch neutralen Gegenstand werden in der Nähe eines elektrisch geladenen Gegenstandes die Ladungen verschoben. (elektrische Influenz) | *In einem elektrisch neutralen Gegenstand werden in der Nähe eines elektrisch geladenen Gegenstandes die Ladungen verschoben. (elektrische Influenz) | ||
Zeile 156: | Zeile 177: | ||
*Elektrische Ladungen lassen sich nur sehr schlecht speichern/anhäufen. Elektrische Ladungen lassen sich nur schwer trennen. | *Elektrische Ladungen lassen sich nur sehr schlecht speichern/anhäufen. Elektrische Ladungen lassen sich nur schwer trennen. | ||
− | *Ein Gramm Kupfer hat eine positive Ladung von Coulomb! | + | *Ein Gramm Kupfer hat eine positive Ladung von fast 3 Millionen Coulomb! |
− | + | ||
− | + | ||
− | + | *Bei Nichtleitern gibt es keine frei beweglichen Elektronen, aber die Elektronenhülle ist trotzdem verschiebbar. | |
− | * | + | |
+ | ==Häufige Fehler== | ||
+ | ---- | ||
+ | *Die Magnetpole befinden sich an den Enden der Magnetisierung. Es ist sinnvoll diese farbig zu markieren. Häufig wird aber eine ganze Hälfte eines Permanentmagneten grün oder rot gezeichnet. | ||
==Fußnoten== | ==Fußnoten== | ||
Zeile 168: | Zeile 189: | ||
− | |||
− | |||
− | |||
==Links== | ==Links== | ||
− | |||
*[http://www.ptb.de/cms/themenrundgaenge/hueterindereinheiten/das-si.html PTB Braunschweig: Die SI-Einheiten] | *[http://www.ptb.de/cms/themenrundgaenge/hueterindereinheiten/das-si.html PTB Braunschweig: Die SI-Einheiten] | ||
**[http://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/publikationen/DasInternationaleEinheitensystem.pdf PTB: Sonderdruck: Die SI-Einheiten] | **[http://www.ptb.de/cms/fileadmin/internet/publikationen/DasInternationaleEinheitensystem.pdf PTB: Sonderdruck: Die SI-Einheiten] | ||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
− | |||
+ | ====Elektrostatik==== | ||
+ | *[http://www.k-wz.de/elektro/influenz.html Animation von Ladungsverschiebung und Ladungsanhäufung.] (Klaus Wetzstein) | ||
+ | * Spektrum, Lexikon der Physik: [http://www.spektrum.de/lexikon/physik/elektret/3911 Elektret] Elektrisches Analogon zu Dauermagneten. Materie wird dauerhaft elektrisch polarisiert. | ||
+ | ** [http://www.fl-electronic.de/modifikation/elektret.html Herstellung von Elektreten und Elektretmikrofone] (FL-electronic / Neuklang Mühlenpfordtstr.5 38106 Braunschweig) | ||
+ | *[http://de.wikipedia.org/wiki/Lorenzinische_Ampullen Wikipedia: Lorenzische Ampullen] Ein Hai kann elektrische Felder wahrnehmen. | ||
+ | * Video: [https://www.youtube.com/watch?v=PeXtE6QpbqY Warum darf man an der Tankstelle kein Handy benutzen? (Wissen vor 8)] (youtube.de; von "Alkumaims") | ||
+ | ====Magnetostatik==== | ||
+ | *[https://www1.wdr.de/av/daserste/video-magnetsinn-im-kopf-100.html Magnetsinn im Kopf] (ARD Kopfball Logo vom 27.04.2014 | 06:21 Min. | Verfügbar bis 27.04.2019) | ||
+ | *[http://duepublico.uni-duisburg-essen.de/servlets/DerivateServlet/Derivate-20812/Hees_Diss.pdf Das Elementarmagneten-Modell im Physikunterricht am Gymnasium] Dissertation von Beate Hees, geb. Holtschneider (Uni Duisburg-Essen) | ||
− | + | ====Gravitation==== | |
− | == | + | *[http://www.youtube.com/watch?v=K3VQ3khW7kw euronews space : Wie die Schwerkraft die Erde fest im Griff hat] |
− | * | + | *[http://www.youtube.com/watch?v=do3ruZqaIt0 Sendung mit der Maus - Wie entstehen Ebbe und Flut] |
− | + | **[http://www.youtube.com/watch?v=TuVsCsieCVA Wissen vor 8: Wie kommt es zu Ebbe und Flut] | |
− | * | + | *[http://www.youtube.com/watch?v=mezkHBPLZ4A Was ist Gravitation?] ("What Is Gravity?", eine Umfrage von "veritasium") |
− | + | *[http://raschweb.de/NT-7-Gravitationskraft.pdf Arbeitsblatt Gravitation] (Günther Rasch, Mathe- und Physiklehrer am Ernst-Mach-Gymnasium Haar) | |
− | * | + | *[http://vimeo.com/69569323 Es war einmal... Entdecker und Erfinder 10 Newton - Das Gesetz der Schwerkraft] (Comicgeschichte über das Leben von Isaac Newton) |
− | * | + | *[http://www.leifiphysik.de/themenbereiche/kraft-und-masse-ortsfaktor/versuche LEIFI Gewichtskraft Gravitationsdrehwaage] |
− | + | *[http://www.fourmilab.ch/gravitation/foobar/ Gravitationsdrehwaage selbst gebaut] (Bending Spacetime in the Basement; ) | |
− | * | + | **[http://www.youtube.com/watch?v=j3ZoR1ZmWAY Selbstgebaute Gravitationsdrehwaage] (Projektwoche der Neuen Schule Zürich (NSZ)) |
− | *Es | + | **[http://www.youtube.com/redirect?q=http%3A%2F%2Fwww.mathepauker.com%2FCavendish%2FBericht_Projektwoche.pdf&session_token=YGnIYvbdqLvaGuUxEIi3RzU6QFJ8MTM5MjY3MDQxN0AxMzkyNTg0MDE3 Auswertung und Beschreibung des Experiments] |
− | + | **[http://www.youtube.com/watch?v=OPl8JG2n3jE youtube: gravitationswaageDIVX.AVI] | |
− | + | *[http://www.youtube.com/watch?v=j3mhkYbznBk The Character of Physical Law - Part 1 The Law of Gravitation] (Richard Feynman - Lectures at Cornell - ) | |
− | * | + | *[http://www.youtube.com/watch?v=9yMQM5AN8mc Video: How to Weigh the Earth] (youtube: "ScienceOnline") |
− | * | + | **[http://www.youtube.com/watch?v=O-p8yZYxNGc&feature=related youtube: Gravity - From Newton to Einstein - The Elegant Universe] |
− | + | *[http://de.wikipedia.org/wiki/Masse_%28Physik%29 Wikipedia: Masse(Physik)] | |
− | + | **[http://www.necnet.de/planckwelt/Planckwelt_4.html schwere Masse als Gravitationsladung und Entropie eines schwarzen Lochs] (Friedrich Moeller; Planckwelt) | |
− | + | *[http://de.wikipedia.org/wiki/Gravitationswelle Wikipedia:Gravitationswelle] | |
− | + | ||
− | + | ||
− | * | + | |
− | * | + | |
− | * | + | |
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | + | ||
− | * | + | |
− | * | + | |
− | + | ||
− | * | + | |
− | + | ||
− | ** | + | |
− | * | + | |
− | * | + | |
− | + | ||
− | * | + | |
− | + | ||
− | + |
Aktuelle Version vom 25. November 2021, 09:12 Uhr
(Kursstufe > Grundlagen elektrischer, magnetischer und schwerer Felder)
Inhaltsverzeichnis
Versuche und Beispiele
Erde und Mond ziehen sich über 400000km hinweg an.
Video: Wie die Schwerkraft die Erde fest im Griff hatWarum darf man an der Tankstelle kein Handy benutzen? (Video)
Schmeißt Zeus immer noch mit Blitzen oder wie entstehen sie? (Video 3:15-5:00)
Ein Hai kann elektrische Felder fühlen.
Zugvögel können das auch ohne Kompass.
Wie funktioniert eigentlich ein Laserdrucker?
Ein "Schallplattengenerator".
(Video des Versuchs)Der Ballon klebt an der Wand! (Simulation)
Gravitation
- Was ist Gravitation? (Eine Umfrage von "veritasium")
- Die Gravitationsdrehwaage
- Ein Gewicht
Das Gewicht wird zum Boden gezogen. Beim kleinen Gewicht ist auch nur eine kleine Kraft nötig, um es zu halten.
Elektrische Wechselwirkung
- Flying Stick
- Doppelpendel
- Zwei Trinkhalme
Zwei an einem Faden hängende Kunststoff-Trinkhalme werden mit einem Wollappen gerieben.
- Beobachtung
Die beiden Halme entfernen sich voneinander.
Die Wirkung ist größer, wenn man stark gerieben hat und läßt mit der Zeit nach.
Magnetische Wechselwirkung
- (Ent)Magnetisieren:Schütteln/Erhitzen (Elementarmagnete?)
- Stabmagnet oder Eisenstab?
- Doppelpendel
- Ein schwebender Magnet
- Beobachtung
Der Magnet sinkt auf den unteren, bis er zum Stehen kommt. Um ihn dem anderen zu nähern, muss man fester drücken.
- Wagen stoßen zusammen
Zwei Wagen fahren aufeinander und stoßen zusammen. Zwischen den Wagen befindet sich eine Metallfeder. Dann werden Magnete an den Wagen befestigt und der Zusammenstoß wiederholt.
- Beobachtung
Die Wagen nähern sich und stoßen sich voneinander ab. Im Falle der befestigten Magnete, ohne sich zu berühren.
Gemischtwarenladen
- Aufbau
Man versucht mit dem geriebenen Luftballon eine Wirkung auf den Magneten zu erzielen. Oder auf ein aufgehängtes Holzstück.
Und Magnet und Stück Holz.
- Beobachtung
Zwischen dem geriebenen Luftballlon und dem Magneten (dem Gewicht) gibt es eine WW.
Zwischen Magnet und Holz nicht. (Oder keine messbare.)
Eigenschaften von schwerer, elektrischer und magnetischer Wechselwirkung
Drei verschiedene Wechselwirkungen
Zwei Gegenstände können eine Wechselwirkung aufeinander ausüben. Aus einer mechanischen Sichtweise heraus heißt das, dass sie aufeinander Kräfte ausüben und Impuls austauschen. Ein Gegenstand verliert Impuls, der andere Gegenstand erhält den Impuls.
Offensichtlich besteht eine Wechselwirkung zwischen jeweils passenden ähnlichen Eigenschaften von Gegenständen. Es gibt drei verschiedene physikalische Eigenschaften, die Wechselwirkungen hervorrufen[1].
1) Die (schwere) Masse ([math]m[/math] in Kilogramm, [math]\rm kg[/math])
- Alle Gegenstände mit einer (schweren) Masse , werden gegenseitig angezogen. ("Schwere Masse ist homosexuell." ;)
2) Die elektrische Ladung ([math]Q[/math] in "Coulomb", [math]1\,\rm C=1\,\rm A\,s[/math]), die positiv oder negativ sein kann.
- Elektrisch gleichnamige Gegenstände werden abgestoßen, ungleichnamige werden angezogen. ("Elektrische und Magnetische Ladung sind hetero und homophob[2] ."))
3) Die magnetische Ladung[3] ([math]Q_m[/math] in "Weber", [math]1\,\rm Wb=1\,\rm V\,s[/math]), die Nordpol- oder Südpolladung sein kann.
- Die Enden zweier Gegenstände mit gleichnamigen magnetischen Ladungen werden abgestoßen, ungleichnamige werden angezogen.
- Die Wechselwirkung ist umso größer, je größer die Massen, die elektrischen oder die magnetischen Ladungen sind.
- Zwei ungleichnamige elektrische oder magnetische Ladungen schwächen sich in ihrer gemeinsamen Wirkung.
- Außerdem steigt die Wirkung bei kleinerem Abstand.
Ladungsträger im Atommodell
- Ein Atom besteht aus einem "festen" Kern aus Protonen und Neutronen mit "weicher" Elektronenhülle. (Entscheidend ist der Energieaufwand!)
- Alle Materiebausteine tragen schwere Ladungen (Masse).
- Protonen tragen positive und Elektronen negative elektrische Ladung.
- Manche Atome (Fe, Co, Ni) oder Legierungen sind durch die Art ihrer Elektronenhülle ein kleiner Magnet/magnetischer Dipol. (Tragen sowohl Nord- als auch Südpolladung.)[4]
- In Festkörpern sind die Atome nur schwer verschiebbar, oft in einer regelmäßigen Kristall-Struktur.
- Die äußere Elektronenhülle ist bei manchen Festkörpern ("Leiter") "leicht" verschiebbar, bei anderen ("Isolator") nicht.
- Die atomaren Magnete sind je nach Art des Festkörpers mehr oder weniger leicht zu drehen.[5]
Entstehung der Ursachen / Ladungen
Bei diesem Elektret[6] sind die atomaren Dipole überwiegend gleich ausgerichtet.
- Um einen Gegenstand elektrisch zu laden kann man elektrische Ladungen verschieben, man kann sie nicht erzeugen.
- Um einen Gegenstand zu magnetisieren, muss man seine atomaren Magnete ausrichten.
- Bei der Magnetisierung eines Gegenstandes entsteht an den Rändern genausoviel Nordpol- wie Südpolladung. Die Summe der Ladungen ist Null.
- Durch Erhitzung oder Erschütterungen werden die atomaren Magnete eines magnetisierbaren Gegenstandes beweglich.
- Um einen Gegenstand zu polarisieren, muss man seine atomaren elektrischen Dipole ausrichten.
- Bei der Polarisierung eines Gegenstandes entsteht an den Rändern genausoviel positive wie negative Ladung. Die Summe der Ladungen ist Null.
- Durch Erhitzung oder Erschütterungen werden die atomaren Dipole eines polarisierbaren Gegenstandes beweglich.
- Bringt man positive und negative Ladung an einer Stelle zusammen, so schwächt sich die Wirkung. Entscheidend ist der Ladungsunterschied.
- Bringt man Nordpolladung und Südpolladung an einer Stelle zusammen, so schwächt sich die Wirkung. Entscheidend ist der Ladungsunterschied.
- Ein Gegenstand mit ebensoviel positiver wie negativer Ladung wirkt nach Außen wie ein neutraler Gegenstand, wenn die Ladungen gleichmäßig verteilt sind.
- Ein Gegenstand mit ebensoviel Nordpol- wie Südpol-Ladung wirkt nach Außen wie ein neutraler Gegenstand, wenn die Ladungen gleichmäßig verteilt sind.
Vergleiche
Stärke
Im Alltag ist die magnetische Wechselwirkung am stärksten. Schon kleine Magnete werden mit großen Kräften zusammengezogen. Elektrische Kräfte, wie zwischen zwei geriebenen Luftballons sind verhältnismäßig klein.
Erst bei großen Massen wie der Erde ist die schwere Wechselwirkung deutlich spürbar.
Reichweite
- Es gibt keine negative Massen.
- Die meisten Gegenstände enthalten fast gleichviel positive und negative elektrische Ladung. (Weil gleichnamige elektrische Ladung voneinander abgestoßen wird, ist es schwer elektrische Ladung anzuhäufen.)
- Alle Gegenstände enthalten gleichviel Nord- und Südpolladung.
Im Gegensatz zur elektrischen Ladung kann man von schwerer Masse ganz viel anhäufen. In einem großen Abstand wirkt daher nur noch die Gravitation von massereichen Gegenständen, wie Erde, Mond oder Sonne. Bei einem Magnet heben sich in größerer Entfernung die Wirkung der beiden Pole auf.
Elektrische und magnetische Influenz[7]
- Elektrische Ladung ist in einigen Stoffen sehr beweglich, in anderen nicht.
- Magnetische Ladung ist immer fest an den magnetisierten Gegenstand gebunden.
- In einem elektrisch neutralen Gegenstand werden in der Nähe eines elektrisch geladenen Gegenstandes die Ladungen verschoben. (elektrische Influenz)
- In einem magnetisierbaren Gegenstand werden in der Nähe einer magnetischen Ladung die atomaren Magnete ausgerichtet. (magnetische Influenz)
- Elektrische Ladungen lassen sich nur sehr schlecht speichern/anhäufen. Elektrische Ladungen lassen sich nur schwer trennen.
- Ein Gramm Kupfer hat eine positive Ladung von fast 3 Millionen Coulomb!
- Bei Nichtleitern gibt es keine frei beweglichen Elektronen, aber die Elektronenhülle ist trotzdem verschiebbar.
Häufige Fehler
- Die Magnetpole befinden sich an den Enden der Magnetisierung. Es ist sinnvoll diese farbig zu markieren. Häufig wird aber eine ganze Hälfte eines Permanentmagneten grün oder rot gezeichnet.
Fußnoten
- ↑ Außerdem gibt es noch die starke und die schwache Wechselwirkung. Meistens wird die elektro-magnetische WW nur als eine WW gezählt, dann sind es 4 WW. Die starke WW ist unter anderem dafür verantwortlich, dass die Atomkerne zusammenhalten. Die schwache WW ist beim radioaktiven Zerfall von Bedeutung.
- ↑ Siehe Wikipedia: Homophobie
- ↑ Die magnetische Ladung wird auch als Polstärke [math]p[/math] bezeichnet.
- ↑ Wikipedia: Dauermagnetmaterialien
IBM sucht die Super-Festplatte Artikel bei heise online über eine "Super-Festplatte", welche die Magnetisierung einzelner Eisenatome zur Datenspeicherung verwendet.
Schöne Bilder von atomarer Magnetstruktur (Prof. Dr. rer. nat. Dronskowski (Institut für Anorganische Chemie, RWTH Aachen)) - ↑ Genauer gesagt, sind die Grenzen der sogenannten "Weisschen Bezirke" mit mehr oder weniger Energieaufwand zu verschieben.(Siehe Wikipedia: Weiss-Bezirk)
- ↑ Elektrete sind das elektrische Analogon zu Magneten. Sie enthalten atomare elektrische Dipole, die dauerhaft in eine bestimmte Richtung zeigen können. Dadurch entstehen an den Rändern Polarisationsladungen. (Siehe Wikipedia: Elektret) Hauptanwendung ist die Herstellung von Elektretmikrophonen. (Siehe Wikipedia: Elektretmikrophon)
- ↑ Der Begriff "Influenz" beschreibt die Veränderung eines Gegenstandes in der Nähe von elektrischen oder magnetischen Ladungen. Man kann also von elektrischer oder magnetischer Influenz sprechen. Bei Magneten hat sich zusätzlich der Begriff der Magnetisierung eingebürgert. Von "Elektrisierung" dagegen spricht man im physikalischen Sinne nicht. Dieser Begriff wird eher umgangssprachlich für eine Verschiebung der elektrischen Ladung benutzt.
Links
Elektrostatik
- Animation von Ladungsverschiebung und Ladungsanhäufung. (Klaus Wetzstein)
- Spektrum, Lexikon der Physik: Elektret Elektrisches Analogon zu Dauermagneten. Materie wird dauerhaft elektrisch polarisiert.
- Herstellung von Elektreten und Elektretmikrofone (FL-electronic / Neuklang Mühlenpfordtstr.5 38106 Braunschweig)
- Wikipedia: Lorenzische Ampullen Ein Hai kann elektrische Felder wahrnehmen.
- Video: Warum darf man an der Tankstelle kein Handy benutzen? (Wissen vor 8) (youtube.de; von "Alkumaims")
Magnetostatik
- Magnetsinn im Kopf (ARD Kopfball Logo vom 27.04.2014 | 06:21 Min. | Verfügbar bis 27.04.2019)
- Das Elementarmagneten-Modell im Physikunterricht am Gymnasium Dissertation von Beate Hees, geb. Holtschneider (Uni Duisburg-Essen)
Gravitation
- euronews space : Wie die Schwerkraft die Erde fest im Griff hat
- Sendung mit der Maus - Wie entstehen Ebbe und Flut
- Was ist Gravitation? ("What Is Gravity?", eine Umfrage von "veritasium")
- Arbeitsblatt Gravitation (Günther Rasch, Mathe- und Physiklehrer am Ernst-Mach-Gymnasium Haar)
- Es war einmal... Entdecker und Erfinder 10 Newton - Das Gesetz der Schwerkraft (Comicgeschichte über das Leben von Isaac Newton)
- LEIFI Gewichtskraft Gravitationsdrehwaage
- Gravitationsdrehwaage selbst gebaut (Bending Spacetime in the Basement; )
- Selbstgebaute Gravitationsdrehwaage (Projektwoche der Neuen Schule Zürich (NSZ))
- Auswertung und Beschreibung des Experiments
- youtube: gravitationswaageDIVX.AVI
- The Character of Physical Law - Part 1 The Law of Gravitation (Richard Feynman - Lectures at Cornell - )
- Video: How to Weigh the Earth (youtube: "ScienceOnline")
- Wikipedia: Masse(Physik)
- schwere Masse als Gravitationsladung und Entropie eines schwarzen Lochs (Friedrich Moeller; Planckwelt)
- Wikipedia:Gravitationswelle