Felduntersuchung mit Probekörpern (Monopolen): Unterschied zwischen den Versionen

Version vom 11. Mai 2011, 22:48 Uhr

Obwohl Feldtheorien, insbesondere die Theorie über elektro-magnetische Felder von Maxwell, die mechanistische Sichtweise der Physik geändert haben, arbeiten sie doch mit mechanischen Grundlagen.

Um die Struktur und Stärke eines Feldes zu untersuchen, benutzt man sogenannte Probekörper und bestimmt die Kraftwirkung. Eine starke Kraftwirkung an einer Stelle läßt auf ein dort starkes Feld schließen, außerdem findet man die Kraftrichtung heraus.

Bei dem Vorgehen zieht man sich wie Mönchhausen aus dem Sumpf, weil das zu untersuchende Feld sich durch den Probekörper verändert. Es wird sich zeigen, dass der Ansatz trotzdem gerechtfertigt ist.

Gravitationsfelder untersucht man mit einem Gegenstand, der eine Masse hat (Welcher hat das nicht ;), elektrische Felder mit einem positiv geladenen Gegenstand und Magnetfelder mit einem isolierten Nordpol.

Das elektrische und magnetische Feld kann man auch mit Probekörpern untersuchen, die Dipole sind. Im magnetischen Fall ist das sogar die einzige Möglichkeit, da es keine vollständig isolierten Monopole gibt. (Vgl. Wikipedia: magnetische Monopole) Durch eine große Entfernung zwischen Nord- und Südpol läßt sich ein singulärer Nordpol experimentell annähern. Gedanklich kann man sich einen Monopol vorstellen und zu nutze machen, ob es ihn gibt oder nicht.

Inhaltsverzeichnis

   * 1 Versuche zur Untersuchung mit Monopolen
         o 1.1 Der springende Wattebausch
         o 1.2 Die schwimmende Magnetnadel
         o 1.3 Die Federwaage

Versuche zur Untersuchung mit Monopolen

Der springende Wattebausch

Aufbau

Der zweite Anschluss eines Bandgenerators wird an eine isolierte Metallkugel angeschlossen. Der Bandgenerator wird gedreht und ein Wattebausch in die Nähe der beiden Kugeln gebracht.

Influenzmaschine mit zwei Metallkugeln.

Bandgenerator und Metallkugel

Beobachtung

Die Watte fliegt immer zwischen den Kugeln hin und her. Anfangs in einem nach oben gekrümmten Bogen, der immer kleiner wird, schließlich auf der direkten Verbindungslinie und schlussendlich auf einer nach unten durchgebogenen Bahn.

Erklärung

Durch den Bandgenerator werden elektrische Ladungen von einer Kugel auf die andere verschoben, sie laden sich positiv und negativ auf. Der Wattebausch lädt sich deshalb an den Metallkugeln positiv bzw. negativ auf. Ist er positiv geladen, wird er von der positiven Kugel zur negativen gezogen, sonst umgekehrt.

Die Watte ist also ein Probekörper in diesem elektrischen Feld. (Allerdings teilweise entgegen der Festlegung auch negativ geladen.) Die Bewegungsrichtung der Watte gibt, weil der Luftwiderstand groß ist, gerade die Kraftrichtung an. Man erkennt an den gekrümmten Flugbahnen die Strukturierung des Feldes.

Die schwimmende Magnetnadel

Blick von oben

und von der Seite

Aufbau

Eine magnetisierte Stricknadel (Besser ist eine Kette von Neodymmagneten) mit einem Korken wird in ein Wasserbehälter in die Nähe eines Stabmagneten gesetzt.

Beobachtung

Die Nadel schwimmt in einem Bogen vom Nord- zum Südpol.

Erklärung

Da der Südpol der Magnetnadel relativ weit entfernt ist, kann man den Nordpol näherungsweise als Monopol ansehen. Er ist der Probekörper im Feld des Stabmagneten. Der Nordpol bewegt sich wie die Watte entlang der Kraftrichtung vom Nord zum Südpol und macht die Feldstruktur sichtbar.

Die Federwaage

Einfache Federwaage

Aufbau

Man hängt ein Gewicht an eine Feder.

Beobachtung

Die Feder dehnt sich und hängt nach unten.

Erklärung

Das Gewicht ist ein Probekörper im Gravitationsfeld. Die Federwaage zeigt die Richtung und die Stärke des Feldes an. Die Waage zeigt offensichtlich zur Erde hin und die Feder wird auf Meereshöhe, auf dem Mount Everest oder auf dem Mond unterschiedlich stark gedehnt.