Dipole im elektrischen und magnetischen Feld

(Kursstufe > Grundlagen elektrischer, magnetischer und schwerer Felder)

Versuche und Beispiele

Eisenspäne und Grießkörnchen

Aufbau Eisenspäne

• Einen Scheibenmagnet in viele kleine Eisenteile, wie Nägel eintauchen.
• Stabmagnete in Eisenspäne tauchen und verschiedene Pole einander nähern.

Beobachtung Eisenspäne

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  Ein "eingetauchtes" Stück Magnetit.

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  Magnetit mit Eisenfeilspäne und Kompass.

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  Um die Nordpolladung entsteht ein "Eisenigel".

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  Zwei Nordpole (Video)

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  Nord- und Südpol (Video)

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  Ein Stabmagnet

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  Nord- und Südpol

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  Zwei Nordpole

Aufbau Grießkörnchen

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Handelsüblicher Grieß und Rizinusöl werden in eine Petrischale gegeben. Verschieden geformte Elektroden werden in die Grieß-Öl-Mischung eingetaucht und an einem Hochspannungsgenerator (<12kV) oder eine Influenzmaschine (Wimshurstmaschine) angeschlossenen. Dann wird der Generator eingeschaltet (Vorsicht!) oder gekurbelt.

Beobachtung Grießkörnchen

Die einzelnen Grießkörner ordnen sich nach und nach auf bestimmten Linien an. Die Linien sind je nach Elektrodenform unterschiedlich. Teilweise werden die Körnchen zu den geladenen Polen gezogen, wodurch sich die "Grießlinien" verschieben.

Die Linien treffen fast immer senkrecht auf die Ränder der Elektroden auf. Auffallend ist auch die enorme Ansammlung an "Linienenden" an der Spitze der Elektrode.

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  Schale auf dem Tageslichtprojektor

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  Ein Dipol

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  Kondensator

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  Zentralfeld

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  Spitze

Erklärung

Die influenzierten Grießkörnchen richten sich aus und bilden Ketten.
Bei Eisenspänen im Magnetfeld ergibt sich das gleiche Bild.

Durch das Magnetfeld werden die kleinen Eisenstücke magnetisiert, sie erhalten einen Nord- und einen Südpol. Sie verhalten sich wie ein kleiner Kompass und richten sich parallel zu den Feldlinien aus. Die ausgerichteten Eisenstückchen "kleben" nun aneinander und bilden Ketten.

Durch den Generator oder die Influenzmaschine werden elektrische Ladungen verschoben und die Elektroden laden sich positiv und negativ auf. Dadurch entsteht auch ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden. Durch dieses werden die Grießkörner zu Dipolen influenziert, die Grießkörner bleiben also neutral, aber innerhalb der Körner gibt es eine Ladungsverschiebung. Die Körner richten sich parallel zu den Feldlinien aus und "kleben" aneinander. Die Grießkörner "zeichnen" uns so einzelne Feldlinien.

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  In der Mitte zwischen den Elektroden ist das Feld relativ homogen, die Grießkörnchen werden im Feld ausgerichtet.

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  Im homogenen Teil des Feldes heben sich die Kräfte auf den Dipol gerade auf. Im inhomogenen Randbereich des Feldes wird der Grieß nicht zu den Elektroden, sondern senkrecht zu den gebogenen Linien zwischen die Elektroden gezogen

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  Die elektrischen Ladungen der spitzen Elektrode werden durch das Feld in die Spitze verschoben, wodurch in unmittelbarer Nähe die größte Feldstärke ist. Wegen dieser Inhomogenität gibt es eine resultierende Gesamtkraft auf die Dipole in Richtung der größeren Feldstärke.

Ein Kompass

Aufbau

Kompassnadel und kardanisch gelagerten Magnet in ein Feld bringen.

Viele Kompasse

Aufbau

Man legt einen oder zwei Stabmagnete auf eine "Kompassmatrix".

Beobachtung

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Ein "elektrischer Kompass"

Aufbau

Eine Hantel im Kondensator

Beobachtung

Videos der Uni Würzburg aus dem Videoarchiv.

• Ein Dipol im homogenen elektrischen Feld eines Plattenkondensators.
• Ein Dipol im inhomogenen elektrischen Feld.

Ein starker Magnet

Aufbau

Nägel in der Nähe eines starken Hornmagneten. "Drankleben" oder mit einem (!) Finger im Gleichgewicht halten

Beobachtung

Nägel drehen sich und werden zum "stärkeren Teil des Feldes" gezogen

Ein frei schwimmender Kompass

Aufbau

a) Wie bei dem schwimmenden Magneten, aber der Magnet ist kürzer und die Verbindungslinie zwischen Nord- und Südpol ist diesmal parallel zur Wasseroberfläche.

b) Man verwendet einen kleinen Nagel statt dem Magneten.

Ergebnisse

Elektrisch neutrale Gegenstände werden in einem elektrischen Feld zu einem elektrischen Dipol influenziert, indem sich Ladungen verschieben. Magnetisierbare Gegenstände werden in einem magnetischen Feld zu einem magnetischen Dipol influenziert, indem sich die Elementarmagnete ausrichten. Gravitative, schwere Dipole gibt es nicht, weil es nur eine Art von Masse gibt. Dipole richten sich in einem Feld parallel zu den Feldlinien aus. In einem homogenen Feld heben sich die auf den ausgerichteten Dipol wirkenden Kräfte auf. In einem inhomogenen Feld wird der ausgerichtete Dipol in Richtung der größeren Feldstärke gezogen. Die Kraftrichtung auf den Dipol hat keinen bestimmten Winkel zu den Feldlinien. In der Mitte zwischen den Elektroden ist das Feld relativ homogen, die Grießkörnchen werden im Feld ausgerichtet. Im homogenen Feld verschwindet die Gesamtkraft auf den Dipol. Im inhomogenen Randbereich wirkt die Gesamtkraft in Richtung der größeren Feldstärke, hier senkrecht zu den Feldlinien. Die Gesamtkraft auf die ausgerichteten Dipole kann parallel oder in einem Winkel zu den Feldlinien sein.