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Der Transformator

2026-05-21T14:31:26Z

‎Ein Hochspannungstransformator

Inhalt LK Abi 2027

2026-05-20T06:04:14Z

‎Elektro-Magnetismus

Material im magnetischen Feld

2026-05-16T18:57:54Z

‎Links

Material im magnetischen Feld (4st)

2026-05-16T18:46:46Z

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Material im magnetischen Feld (4st)

2026-05-16T18:46:38Z

Materie im magnetischen Feld

2026-05-16T18:29:10Z

‎Versuche

Materie im magnetischen Feld

2026-05-16T18:11:58Z

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==Versuche==
===Kondensator mit Dielektrikum===
===Faradayscher Käfig===

*[https://www.youtube.com/watch?v=79xMsqRp6dE MIT Video] einer Vorlesung von Walter Lewin. (
Lecture 5: Electrostatic Shielding (Faraday Cage)) Ab 43:00 Influenzierter Gegenstand, Radio und Mensch im Faradaykäfig.

==Ergebnisse==
*Elektrisch neutrale Gegenstände werden durch ein elektrisches Feld polarisiert (influenziert). Die Polarisation eines Gegenstandes hält aber ohne Feld nicht an.
*Innerhalb des polarisierten Gegenstandes bildet sich ein elektrisches Gegenfeld aus. An den Rändern entstehen Polarisierungsladungen. Durch die Polarisierung wird das elektrische Feld im Gegenstand schwächer.
:Quellen des elektrischen Feldes sind freie elektrische Ladungen und an polarisierte Gegenstände gebundene Polarisationsladungen.
*Die Energie ist nun im schwächeren Feld und im polarisierten Gegenstand gespeichert.

===Molekulare Veränderungen===
Die Veränderungen auf der Möleküle des Gegenstandes sind, je nach Eigenschaft des Materials, unterschiedlich:
*Bei Leitern verschieben sich die beweglichen Hüllenelektronen.
*Bei Isolatoren verschieben sich die Atomhüllen der einzelnen Atome.
*Bei Materialien, deren einzelne Moleküle bereits eine elektrische Asymetrie aufweisen und deshalb ein Dipol sind, drehen sich die Moleküle und richten sich aus.

===Dielektrizitätszahl und Polarisation===
Es gibt zwei Möglichkeiten, die Stärke der [https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetische_Polarisation magnetischen Polarisation] (Magnetisierung<ref>Die magnetische Polarisierung <math>\vec J</math> und die Magnetisierung <math>\vec M</math> eines Gegenstandes sind zwei eng miteinander verbundene Größen. Beide sind parallel und unterscheiden sich nur im Betrag durch die magnetische Feldkonstante: <math>\vec J = \mu_0 \, \vec M</math></ref> oder Influenz) von Material zu beschreiben.
*Einmal mit der Permeabilitätszahl: Verhältnis der Feldstärke mit und ohne Material.
Die Feldstärke sinkt auf <math>1/\mu_r</math>-el.
*Oder man beschreibt, um welchen Betrag sich die Feldstärke absolut geändert hat. Der fehlende Betrag gibt an, wie stark das Material polarisiert ist:

Die Polarisierungslinien beschreiben den Polarisierungszustand und verlaufen innerhalb des Gegenstandes von den negativen zu den positiven Polarisations-Ladungen.

Deshalb beginnen die Magnetisierungslinien dort, wo die Feldlinien enden. Polarisationslinien enden dort, wo Feldlinien beginnen.

<gallery widths=200px heights=150px perrow=3 ">
Bild:Permanentmagnet Übersicht Feld.png|Zwischen den Polen eines Ringmagneten befindet sich ein magnetisches Feld.
Bild:Permanentmagnet Übersicht Linien.png|Näherungsweise wird das Feld als homogen angenommen.
Bild:leer.jpg
Bild:Permanentmagnet Übersicht mit Materie.png|Ein magnetisierbarer Gegenstand wird durch Ausrichtung der Elementarmagnete [[Schwere, Elektrische und Magnetische Wechselwirkung (Gravitation, Elektrostatik, Magnetostatik)#Elektrische und magnetische Influenz.5B7.5D|polarisiert]].
Bild:Permanentmagnet Übersicht mit Materie Polarisation NS.png|Der Gegenstand ist magnetisiert, an den Oberflächen des Gegenstandes befinden sich magnetische Pole...
Bild:Permanentmagnet Übersicht mit Materie Gegenfeld.png|...und es bildet sich innerhalb des Gegenstandes ein magnetisches Gegenfeld aus.
Bild:Permanentmagnet Übersicht mit Materie Linie Mur ohneM0.png|Die Permeabilitätszahl<math>\mu_r</math> gibt an auf welchen Bruchteil die Feldstärke im Gegenstand abnimmt.
Bild:Permanentmagnet Übersicht mit Materie Linien Mur J.png|Die magnetische Flussdichte B bleibt im gesamten Bereich konstant.

</gallery>

==Fußnoten==
<references/>
==Links==
* Skript der Uni Würzburg: [http://www.physik.uni-wuerzburg.de/einfuehrung/SS06/09%20Dielektrika%20im%20E-Feld.pdf Dielektrika im Feld]
* Skript: [https://courses.cit.cornell.edu/ece303/Lectures/lecture7.pdf Lecture7 Polarization] (Cornell University, Ithaca, New York)
* Wikipedia: [https://de.wikipedia.org/wiki/Elektret 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)

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Patrick.Nordmann lud eine neue Version von „Datei:Permanentmagnet Übersicht mit Materie.png“ hoch Mit Elementarmagneten im Ringmagnet

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Patrick.Nordmann lud eine neue Version von „Datei:Permanentmagnet Übersicht Feld.png“ hoch Elementarmagnete im Ringmagnet

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		+
		+	==Versuche==
		+	==Das Prinzip des Transformators==
		+	;Aufbau
		+	<gallery widths=150px heights=130px perrow=4 >
		+	Bild:Transformator_Grundversuch.jpg\|Ein selbstgebauter Trafo.
		+	Bild:Transformator_Grundversuch_Spulen.jpg\|Verschiedene Spulen für den Trafo.
		+	</gallery>
		+
		+	;Beobachtung
		+
		+	;Erklärung
		+	Die Netzspannung hat eine Effektivspannung von 230 Volt. Die Windungsanzahl ander Sekundärspule ist um eine vielfaches größer als an der Primärspule,
		+
		+	==Ein Hochspannungstransformator==
		+	;Aufbau
		+	[[Datei:Transformator_Lichtbogen.jpg\|thumb\|left]]
		+	Die Primärspule hat 500 Windungen und ist über einen Schalter direkt an die Netzspannung ("Steckdose") angeschlossen. Die Sekundärspule hat 23000 Windungen. An die Sekundärspule sind zwei aufrecht stehende Drähte angeschlossen, die unten einen kleinen Abstand von ca. 2cm haben und nach oben hin auseinanderlaufen.
		+	:a) Der Schalter wird umgelegt. Mit einem Glasstab werden die Drähte vorsichtig am unteren Ende näher aneinandergedrückt. Nach der Beobachtung wird wieder ausgeschaltet.
		+	:b) Im ausgeschalteten Zustand werden die Drähte wieder auf einen Abstand von ca. 2cm auseinandergedrückt und der Trafo erneut eingeschaltet. Danach wird eine Flamme (oder eine radioaktive Quelle) unter die engste Stelle der Drähte gehalten. <br style="clear: both" />
		+	;Beobachtung
		+	:a) Nach dem Einschalten hört man ein Brummen. Werden die Drähte näher aneinandergedrückt, entsteht ein Lichtbogen am unteren Ende der Drähte. Der Lichtbogen wandert nach oben und wird immer länger. Bei einer bestimmten Höhe verschwindet der Lichtbogen und am unteren Ende entsteht ein neuer Lichtbogen.
		+	:b) Bei einer Lücke von 2cm entsteht kein Lichtbogen mehr. Hält man eine Flamme (oder das radioaktive Präparat) in die Lücke, so entsteht wieder ein Lichtbogen, der nach oben wandert und wieder verschwindet. Ohne die Flamme entsteht kein neuer Lichtbogen.
		+	<gallery widths=150px heights=130px perrow=4 >
		+	Bild:Versuch_Lichtbogen.jpg\|Die große elektrische Feldstärke erzeugt einen Lichtbogen.
		+	Bild:Versuch_Lichtbogen_Luftionisierung.jpg\|Die Ionisierung der Luft kann durch eine Flamme unterstützt werden.
		+	</gallery>
		+	;Erklärung
		+	An der Primärspule liegt eine Wechselspannung mit einer Spannung von effektiven <math>230 \,\rm V</math> und einer Frequenz von <math>50\,\rm Hz</math> an.
		+
		+	Das entstehende Magnetfeld drückt oder zieht an den Teilen des Eisenkerns oder der Spule in einem Rythmus von 50Hz. Dadurch entsteht das Brummen.
		+
		+	Die Sekundärspule hat wesentlich mehr Windungen als die Primärspule, dementsprechend entsteht an der Sekundärspule eine sehr hohe Spannung:
		+	:<math>
		+	\begin{align}
		+	\frac{U_1}{n_1} &= \frac{U_2}{n_2} \\
		+	\frac{230 \,\rm V}{500} &= \frac{U_2}{23000} &&\| \cdot 23000\\
		+	\frac{230 \,\rm V}{500} \cdot 23000 &= U_2\\
		+	10580 \,\rm V &= U_2\\
		+	\end{align}
		+	</math>
		+	Durch diese hohe Spannung entsteht zwischen den Drähten ein elektrisches (Wechsel-)Feld, dass vor allem im Bereich der nahe aneinander stehenden Drähte eine hohe Feldstärke hat. Bei einem Abstand von 1cm sind das:
		+	:<math>
		+	E = \frac{U}{d}= \frac{10580\,\rm V}{0{,}01\,\rm m} = 1058000\,\rm \frac{V}{m}= 1{,}058\,\rm \frac{kV}{mm}
		+	</math>
		+	Diese Feldstärke reicht aus, um Luft leitfähig zu machen. Man sagt, ihre "Durchschlagsfestigkeit" ist überschritten. <br>Dies geschieht, indem in der Luft vorhandene Ionen durch das elektrische Feld beschleunigt werden und so neue Moleküle ionisieren, welche wiederum beschleunigt werden. Durch diese Kettenreaktion entsteht eine "Ionisationslawine". Ist ein durchgängiger Bereich zwischen den Drähten ionisiert, fließt ein immer stärker werdender Strom von Ionen, die schließlich dazu führen, dass eine Vielzahl von Atomen der Luft ionisiert sind. Ein "Plasma" ist enstanden. Die ionisierten Atome, aber vor allem die Elektronen des Plasmas, sind leicht beweglich und so fließt ein großer Teilchenstrom zwischen den Drähten.
		+
		+	Die Elektronenhüllen der Atome werden durch die Zusammenstöße auf höhere Niveaus gebracht. "Fallen" diese in niedrigere Niveaus zurück, so senden sie Licht aus.
		+
		+	Das heiße Plasma erhitzt auch die umgebende Luft und so steigt der Lichtbogen mit der erwärmten weniger dichten Luft nach oben auf.
		+
		+	Die elektrische Feldstärke zwischen den Drähten nimmt nach oben hin durch den immer größeren Abstand ab. Irgendwann reicht die Feldstärke nicht mehr aus, um den Lichtbogen aufrecht zu erhalten und er erlischt.
		+
		+	Erst nachdem der Lichtbogen am oberen Ende der Drähte erloschen ist, entsteht am unteren Ende ein neuer Lichtbogen. Das liegt an der Veränderung des elektrischen Widerstands der Luft durch den Lichtbogen. Ohne Lichtbogen ist der Widerstand groß und es fallen fast die kompletten 10580 V an den Drähten ab und die Feldstärke ist hoch. Der Lichtbogen hat einen kleineren Widerstand und so verringert sich die Spannung zwischen den Drähten und die Feldstärke ist zu gering, um einen zweiten Lichtbogen zu erzeugen.
		+
		+	==Ein Schweissgerät==
		+	[[Datei:
		+	;Aufbau
		+	Bild:Transformator_Schweissen.jpg\|Beim Elektroschweissen benötigt man eine große Stromstärke an der Sekundärspule\|thumb]]
		+	;Beobachtung
		+	;Erklärung
		+

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 * [[Dipole im elektrischen und magnetischen Feld]]
 * [[Die Feldstärke als gerichteter Ortsfaktor]]
 * [[Das Potential eines Feldes]]
 ** [[Praktikum: Äquipotentialflächen messen]]
@@ Zeile 121: / Zeile 122: @@
 * [[Lernzirkel: Induktion]]
 * [[Der Transformator]]
 * [[Energieübertragung durch Induktion: Lenzsche Regel und Wirbelströme]]
 * [[Die Spule]]
 * [[Praktikum: Drahtlose Energieübertragung]]
@@ Zeile 169: / Zeile 170: @@
 * [[Die magnetische Feldstärke]]
 * [[Praktikum: Messung der magnetischen Ladung und der magnetischen Polarisation eines Stabmagneten]]
 *[[Aufgaben zum magnetischen Feld]] ([[Lösungen der Aufgaben zum magnetischen Feld|Lösungen]])
@@ Zeile 189: / Zeile 184: @@
 * [[Praktikum: Drahtlose Energieübertragung]]
 * [[Die Maxwellschen Gleichungen]]

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 Es gibt zwei Möglichkeiten, die Stärke der [https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetische_Polarisation magnetischen Polarisation] (Magnetisierung<ref>Die magnetische Polarisierung <math>\vec J</math> und die Magnetisierung <math>\vec M</math> eines Gegenstandes sind zwei eng miteinander verbundene Größen. Beide sind parallel und unterscheiden sich nur im Betrag durch die magnetische Feldkonstante: <math>\vec J = \mu_0 \, \vec M</math></ref> oder Influenz) von Material zu beschreiben.
 *Einmal mit der Permeabilitätszahl: Verhältnis der Feldstärke mit und ohne Material.<br>Die Feldstärke sinkt auf <math>1/\mu_r</math>-el.
-*Oder man beschreibt, um welchen Betrag sich die Feldstärke absolut geändert hat. Der fehlende Betrag gibt an, wie stark das Material polarisiert ist:
+*Oder man beschreibt, um welchen Betrag sich die magnetische Flussdichte absolut geändert hat. Der fehlende Betrag gibt an, wie stark das Material polarisiert ist:
 Die Magnetisierungslinien beschreiben den magnetischen Polarisierungszustand und verlaufen innerhalb des Gegenstandes vom Südpol zum Nordpol.
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 <references/>
 ==Links==
 *[http://www.wmi.badw-muenchen.de/teaching/Lecturenotes/index.html Skript Magnetismus] Prof. Gross, Walther-Meißner-Institut (WMI), Bayerische Akademie der Wissenschaften, Chair for Technical Physics (E23), Technische Universität München

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 ;Beobachtung
 In der Plastikwanne bewegt sich das Schiffchen auf den Magnet zu. Im Kochtopf bleibt es an der Stelle stehen.
 ==Ergebnisse==
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 :Dies geschieht, weil das Weicheisen so stark magnetisiert wird, das sich innerhalb ein magnetisches Gegenfeld ausbildet, welches das äußere Feld aufhebt.
-[[Datei:Felder_Weicheisen_Faradayscher_Käfig.png|thumb]]
+*Viele Gegenstände enthalten [[Schwere,_Elektrische_und_Magnetische_Wechselwirkung_(Gravitation,_Elektrostatik,_Magnetostatik)#Entstehung_der_Ursachen_/_Ladungen|Elementarmagnete]], die durch ein äußeres Magnetfeld ausgerichtet werden. Durch das Magnetfeld werden die  magnetischen Dipole ausgerichtet und so der Gegenstand magnetisch polarisiert (influenziert). Je nach Materialeigenschaft des Gegenstandes kann die magnetische Polarisation ohne das äußere Magnetfeld mehr oder weniger lange anhalten.
-==Baustelle==
+===Permeabilitätszahl und magnetische Polarisation===
-Material im elektrischen oder magnetischen Feld:
+Es gibt zwei Möglichkeiten, die Stärke der [https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetische_Polarisation magnetischen Polarisation] (Magnetisierung<ref>Die magnetische Polarisierung <math>\vec J</math> und die Magnetisierung <math>\vec M</math> eines Gegenstandes sind zwei eng miteinander verbundene Größen. Beide sind parallel und unterscheiden sich nur im Betrag durch die magnetische Feldkonstante: <math>\vec J = \mu_0 \, \vec M</math></ref> oder Influenz) von Material zu beschreiben.
-:<math> \vec B = \mu_0 \vec H + \vec J \qquad \left[ = \mu_0 \left(\vec H + \vec M\right) \right]</math>
+*Einmal mit der Permeabilitätszahl: Verhältnis der Feldstärke mit und ohne Material.<br>Die Feldstärke sinkt auf <math>1/\mu_r</math>-el.
-:<math>\vec{D} = \varepsilon_0 \vec{E} + \vec{P}</math>
+Die Magnetisierungslinien beschreiben den magnetischen Polarisierungszustand und verlaufen innerhalb des Gegenstandes vom Südpol zum Nordpol.
-(Wie man sieht, hat man die Magnetisierung anders festgelegt als die Polarisierung.)
-In vielen Fällen ist die Magnetisierung oder die Polarisierung parallel zur Feldstärke, dann kann man die Flussdichte auch mit einem Faktor, der sogenannten relativen Permeabilität oder der relativen Permittivität beschreiben:
+<gallery widths=200px heights=150px  perrow=3 ">
-:<math> \vec B = \mu_0 \, \mu_r \, \vec H \ </math>
+ Bild:Permanentmagnet Übersicht Feld.png|Zwischen den Polen eines Ringmagneten befindet sich ein magnetisches Feld.
-:<math> \vec D = \varepsilon_0 \, \varepsilon_r \, \vec E \ </math>
+ Bild:Permanentmagnet Übersicht Linien.png|Näherungsweise wird das Feld als homogen angenommen.
 ==Links==
 *[http://www.wmi.badw-muenchen.de/teaching/Lecturenotes/index.html Skript Magnetismus] Prof. Gross, Walther-Meißner-Institut (WMI), Bayerische Akademie der Wissenschaften, Chair for Technical Physics (E23), Technische Universität München

@@ Zeile 3: / Zeile 3: @@
 ==Versuche==
-===Kondensator mit Dielektrikum===
+*Spule mit Eisenkern
-===Faradayscher Käfig===
+*Abschirmen von Magnetfeldern durch Eisenblech
-−
-*[https://www.youtube.com/watch?v=79xMsqRp6dE MIT Video] einer Vorlesung von Walter Lewin. (
-Lecture 5: Electrostatic Shielding (Faraday Cage)) Ab 43:00 Influenzierter Gegenstand, Radio und Mensch im Faradaykäfig.
 ==Ergebnisse==
-*Elektrisch neutrale Gegenstände werden durch ein elektrisches Feld polarisiert (influenziert). Die Polarisation eines Gegenstandes hält aber ohne Feld nicht an.
+*Viele Gegenstände enthalten [[Schwere,_Elektrische_und_Magnetische_Wechselwirkung_(Gravitation,_Elektrostatik,_Magnetostatik)#Entstehung_der_Ursachen_/_Ladungen|Elementarmagnete]], die durch ein äußeres Magnetfeld ausgerichtet werden. Durch das Magnetfeld werden die  magnetischen Dipole ausgerichtet und so der Gegenstand magnetisch polarisiert (influenziert). Je nach Materialeigenschaft des Gegenstandes kann die magnetische Polarisation ohne das äußere Magnetfeld mehr oder weniger lange anhalten.
-*Innerhalb des polarisierten Gegenstandes bildet sich ein elektrisches Gegenfeld aus. An den Rändern entstehen Polarisierungsladungen. Durch die Polarisierung wird das elektrische Feld im Gegenstand schwächer.
+*Innerhalb des magnetisierten Gegenstandes bildet sich ein magnetisches Gegenfeld aus. An den Rändern entstehen Magnetpole. Durch die Polarisierung wird das Magnetfeld im Gegenstand schwächer.
-:Quellen des elektrischen Feldes sind freie elektrische Ladungen und an polarisierte Gegenstände gebundene Polarisationsladungen.
+:Quellen des Magnetfeldes sind an magnetisierte Gegenstände gebundene Pole, denen man eine magnetische Ladung zuschreiben kann.
-*Die Energie ist nun im schwächeren Feld und im polarisierten Gegenstand gespeichert.
+*Die Energie ist nun im schwächeren Magnetfeld und im magnetisierten Gegenstand gespeichert.
-−
-−
 ===Molekulare Veränderungen===
@@ Zeile 23: / Zeile 18: @@
 *Bei Materialien, deren einzelne Moleküle bereits eine elektrische Asymetrie aufweisen und deshalb ein Dipol sind, drehen sich die Moleküle und richten sich aus.
-===Dielektrizitätszahl und Polarisation===
+===Permeabilitätszahl und magnetische Polarisation===
 Es gibt zwei Möglichkeiten, die Stärke der [https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetische_Polarisation magnetischen Polarisation] (Magnetisierung<ref>Die magnetische Polarisierung <math>\vec J</math> und die Magnetisierung <math>\vec M</math> eines Gegenstandes sind zwei eng miteinander verbundene Größen. Beide sind parallel und unterscheiden sich nur im Betrag durch die magnetische Feldkonstante: <math>\vec J = \mu_0 \, \vec M</math></ref> oder Influenz) von Material zu beschreiben.
-*Einmal mit der Permeabilitätszahl: Verhältnis der Feldstärke mit und ohne Material.
+*Einmal mit der Permeabilitätszahl: Verhältnis der Feldstärke mit und ohne Material.<br>Die Feldstärke sinkt auf <math>1/\mu_r</math>-el.
 Die Feldstärke sinkt auf <math>1/\mu_r</math>-el.
 *Oder man beschreibt, um welchen Betrag sich die Feldstärke absolut geändert hat. Der fehlende Betrag gibt an, wie stark das Material polarisiert ist:
-Die Polarisierungslinien beschreiben den Polarisierungszustand und verlaufen innerhalb des Gegenstandes von den negativen zu den positiven Polarisations-Ladungen.
+Die Magnetisierungslinien beschreiben den magnetischen Polarisierungszustand und verlaufen innerhalb des Gegenstandes vom Südpol zum Nordpol.
-−
-Deshalb beginnen die Magnetisierungslinien dort, wo die Feldlinien enden. Polarisationslinien enden dort, wo Feldlinien beginnen.
 <gallery widths=200px heights=150px  perrow=3 ">
   Bild:Permanentmagnet Übersicht Feld.png|Zwischen den Polen eines Ringmagneten befindet sich ein magnetisches Feld.