Dipole im elektrischen und magnetischen Feld: Unterschied zwischen den Versionen
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| + | ===Eisenspäne und Grießkörnchen=== | ||
| + | '''Aufbau Eisenspäne''' | ||
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| + | * Einen Scheibenmagnet in viele kleine Eisenteile, wie Nägel eintauchen. | ||
| + | *Stabmagnete in Eisenspäne tauchen und verschiedene Pole einander nähern. | ||
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| + | '''Beobachtung Eisenspäne''' | ||
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| + | Bild:Magnetfeld_Magnetit_Eisenfeilspäne.jpg|Ein "eingetauchtes" Stück Magnetit. | ||
| + | Bild:Magnetfeld_Magnetit_Eisenfeilspäne_Kompass.jpg|Magnetit mit Eisenfeilspäne und Kompass. | ||
| + | Bild:Magnet in Eisenfeilspäne_0.jpg| | ||
| + | Bild:Magnet in Eisenfeilspäne.jpg|Um die Nordpolladung entsteht ein "Eisenigel". | ||
| + | Bild:Magnet_in_Eisenfeilspäne_N_N.jpg|Zwei Nordpole ([[Media:Gleichnamige Pole mit Eisenspänen.ogg|Video]]) | ||
| + | Bild:Magnet_in_Eisenfeilspäne_N_S.jpg|Nord- und Südpol ([[Media:Ungleichnamige Pole mit Eisenspänen.ogg|Video]]) | ||
| + | Bild:Magnetfeld Stabmagnet Eisenspäne.jpg|Ein Stabmagnet | ||
| + | Bild:Magnetfeld Eisenspäne ungleiche Pole.jpg|Nord- und Südpol | ||
| + | Bild:Magnetfeld Eisenspäne gleiche Pole.jpg|Zwei Nordpole | ||
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| + | '''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. | ||
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| + | '''Beobachtung Grießkörnchen''' | ||
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| + | 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. | ||
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| + | 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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| + | Bild:Versuch_Grieskörnchen_Beobachtung_Dipol_Overhead.jpg|Schale auf dem Tageslichtprojektor | ||
| + | Bild:Versuch_Grieskörnchen_Beobachtung_Dipol.jpg|Ein Dipol | ||
| + | Bild:Versuch_Grieskörnchen_Beobachtung_Kondensator.jpg|Kondensator | ||
| + | Bild:Versuch_Grieskörnchen_Beobachtung_Zentralfeld.jpg|Zentralfeld | ||
| + | Bild:Versuch_Grieskörnchen_Beobachtung_Spitze.jpg|Spitze | ||
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| + | ====Erklärung==== | ||
| + | [[Datei:Feld_Dipole_Eisenspäne_Grieß_Ketten.png|thumb|left|200px|Die influenzierten Grießkörnchen richten sich aus und bilden Ketten.<br/>Bei Eisenspänen im Magnetfeld ergibt sich das gleiche Bild.]] | ||
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| + | 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. | ||
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| + | 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.<br style="clear: both" /> | ||
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| + | Bild:Elektrisches_Feld_Dipol_Drehmoment_Kondensator.png|In der Mitte zwischen den Elektroden ist das Feld relativ homogen, die Grießkörnchen werden im Feld ausgerichtet. | ||
| + | Bild:Elektrisches_Feld_Dipol_Kraftwirkung_Kondensator.png|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 | ||
| + | Bild:Elektrisches_Feld_Dipol_Kraftwirkung_Spitze.png|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. | ||
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===Ein Kompass=== | ===Ein Kompass=== | ||
| − | + | '''Aufbau''' | |
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Kompassnadel und kardanisch gelagerten Magnet in ein Feld bringen. | Kompassnadel und kardanisch gelagerten Magnet in ein Feld bringen. | ||
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| + | ===Viele Kompasse=== | ||
| + | '''Aufbau''' | ||
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| + | Man legt einen oder zwei Stabmagnete auf eine "Kompassmatrix". | ||
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| + | '''Beobachtung''' | ||
| + | <gallery widths=200px heights=130px perrow=4> | ||
| + | Bild:Magnetfeld_Stabmagnet_Kompassmatrix.jpg | ||
| + | Bild:Magnetfeld_Stabmagnet_Kompassmatrix_stehend.jpg | ||
| + | Bild:Magnetfeld_Stabmagnet_Kompassmatrix_N_S.jpg | ||
| + | Bild:Magnetfeld_Stabmagnet_Kompassmatrix_N_N.jpg | ||
| + | </gallery> | ||
===Ein "elektrischer Kompass"=== | ===Ein "elektrischer Kompass"=== | ||
| − | + | '''Aufbau''' | |
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Eine Hantel im Kondensator | Eine Hantel im Kondensator | ||
| − | + | '''Beobachtung''' | |
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| + | Videos der Uni Würzburg aus dem [http://www.physik.uni-wuerzburg.de/video/ Videoarchiv]. | ||
| + | * [http://www.physik.uni-wuerzburg.de/video/elehre1/e1versuch1.html Ein Dipol im homogenen elektrischen Feld eines Plattenkondensators]. | ||
| + | * [http://www.physik.uni-wuerzburg.de/video/elehre1/e1versuch2.html Ein Dipol im inhomogenen elektrischen Feld]. | ||
===Ein starker Magnet=== | ===Ein starker Magnet=== | ||
| − | + | '''Aufbau''' | |
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Nägel in der Nähe eines starken Hornmagneten. "Drankleben" oder mit einem (!) Finger im Gleichgewicht halten | Nägel in der Nähe eines starken Hornmagneten. "Drankleben" oder mit einem (!) Finger im Gleichgewicht halten | ||
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| + | '''Beobachtung''' | ||
| + | Nägel drehen sich und werden zum "stärkeren Teil des Feldes" gezogen | ||
===Ein frei schwimmender Kompass=== | ===Ein frei schwimmender Kompass=== | ||
| − | + | '''Aufbau''' | |
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| − | + | 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. | |
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| − | == | + | ==Ergebnisse== |
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| + | {|class="wikitable" style="border-style: solid; border-width: 4px " | ||
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| + | *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. | ||
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| − | + | Bild:Elektrisches_Feld_Dipol_Drehmoment_Kondensator.png|In der Mitte zwischen den Elektroden ist das Feld relativ homogen, die Grießkörnchen werden im Feld ausgerichtet. | |
| − | + | Bild:Elektrisches_Feld_Dipol_Kraftwirkung_Kondensator.png|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. | |
| + | Bild:Elektrisches_Feld_Dipol_Kraftwirkung_Spitze.png|Die Gesamtkraft auf die ausgerichteten Dipole kann parallel oder in einem Winkel zu den Feldlinien sein. | ||
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Aktuelle Version vom 21. Februar 2017, 22:11 Uhr
(Kursstufe > Grundlagen elektrischer, magnetischer und schwerer Felder)
Inhaltsverzeichnis
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
Ein "eingetauchtes" Stück Magnetit.
Magnetit mit Eisenfeilspäne und Kompass.
Um die Nordpolladung entsteht ein "Eisenigel".
Zwei Nordpole (Video)
Nord- und Südpol (Video)
Ein Stabmagnet
Nord- und Südpol
Zwei Nordpole
Aufbau Grießkörnchen
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.
Schale auf dem Tageslichtprojektor
Ein Dipol
Kondensator
Zentralfeld
Spitze
Erklärung
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.
In der Mitte zwischen den Elektroden ist das Feld relativ homogen, die Grießkörnchen werden im Feld ausgerichtet.
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
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
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
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