Dipole im elektrischen und magnetischen Feld
(Kursstufe > Grundlagen elektrischer, magnetischer und schwerer Felder)
Inhaltsverzeichnis
Versuche und Beispiele
Ein Magnet geht baden (Eisenspäne-Versuche)
Aufbau
- Einen Scheibenmagnet in viele kleine Eisenteile, wie Nägel eintauchen.
- Stabmagnete in Eisenspäne tauchen und verschiedene Pole einander nähern.
Beobachtung
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
Grießkörnchen-Versuche
Aufbau
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
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
Durch den Generator oder die Influenzmaschine werden 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. Negative und positive Teile der Körner richten sich parallel zu den Feldlinien aus und "kleben" aneinander. Die Grießkörner "zeichnen" uns so einzelne Feldlinien. Versuch 1-3 sind die uns bisher geläufigen Feldtypen Dipolfeld, homogenes Feld und Zentralfeld.
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
aber es wirkt keine Kraft auf die Dipole. Im Randbereich des Feldes wird der Grieß nicht zu den Elektroden, sondern senkrecht zu den gebogenen Linien zwischen die Elektroden gezogen
Interessant ist Versuch 4, eine Art Dipolfeld bei dem der eine Pol eine tropfenähnliche Form hat. Die elektrischen Ladungen der Elektrode werden durch das Feld in die Spitze verschoben, wodurch in unmittelbarer Nähe die größte Feldstärke ist. Dies erklärt auch, warum so viele Grießkörner dorthin gezogen werden (Dipole werden zu Orten großer Feldstärke hingezogen).
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
- Influenz
- Ausrichtung Parallel zur Feldlinienrichtung (Kraftrichtung auf Monopol)
- In Richtung des stärkeren Feldes
- Starke Anziehung bei großer Feldstärke-Änderung
