Magnetismus eine kurze Einführung Hugo Keller Supraleitung und Magnetismus im Physikunterricht Weiterbildungskurs 1. Februar 2013

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  • Magnetismus eine kurze Einfhrung Hugo Keller Supraleitung und Magnetismus im Physikunterricht Weiterbildungskurs 1. Februar 2013
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  • Der Legende nach war der alte griechische Schfer Magnes der erste Mensch, der das Phnomen des Magnetismus bemerkt hat. Er lie vor etwa 4000 Jahren seine Herde in der Magnesia genannten Region im Norden Griechenlands weiden. Man sagt, dass die Ngel seiner Schuhe und die Metallspitze seines Stocks an einem groen schwarzen Stein kleben blieben. Diese Steine wurden "Magnetit" genannt, in Anlehnung an Magnesia oder Magnus. Die ersten schriftlichen Erwhnungen des Magnetismus stammen von Lucretius aus dem ersten Jahrhundert vor Christus. Wegen der wundersam scheinenden Krfte des Magnetit hielt sich sehr lange der Aberglaube, nach dem von diesen Steinen magische Krfte ausgehen, die Krankheiten heilen, bse Geister vertreiben, und aus Eisen hergestellte Schiffe auflsen knnen. Im Gegensatz zum Bernstein (versteinertes Harz) kann Magnetit Objekte anziehen ohne vorher gerieben worden zu sein. Das machte diesen Stein sehr viel magischer. Dieser Stein zieht nicht nur Objekte an. Eine Eisennadel wird durch die Berhrung mit Magnetit selbst "magnetisch". Um das Jahr 1000 nach Christus fanden die Chinesen heraus, dass eine solcheNadel sich nach Norden ausrichtet wenn sie frei drehbar aufgehngt wird. Damit war der Kompass erfunden. Aber man war noch weit vom wissenschaftlichen Verstndnis des Phnomens entfernt. Erste systematische Untersuchungen begannen erst um 1600 mit den Experimenten von William Gilbert, einem englischen Arzt und Physiker. Geschichte des Magnetismus
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  • med131
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  • med254
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  • med127 Elektrostatik
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  • med125 Elektrisches Feldlinienbild einer Punktladung
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  • med124 Elektrischer Dipol (Feldlinienbild)
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  • Ladung in Ruhe E-Feld Ladung in Bewegung (v = konst.) B-Feld Ladung in Bewegung (v konst., beschleunigt) E(t)-Feld und B(t)-Feld elektromagnetische Strahlung Elektrische Ladungen in Bewegung
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  • Strme und Magnetfelder
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  • Entdeckung von H.C. Oersted (1820): Ein Strom durchflossener Leiter erzeugt ein Magnetfeld
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  • med153 Magnetfeld eines stromfhrenden Drahtes magnetische Feldlinien sind geschlossen B-Feld ist Wirbelfeld
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  • med154 Magnetfeld einer Spule
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  • Oberflche eines Neutronensterns10 8 T Grosser Elektromagnet1.5 T Erdoberflche10 -4 T interstellarer Raum10 -10 T magnetisch abgeschirmter Raum10 -14 T Typische Gr ssenordnungen einiger Magnetfelder
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  • Magnetfeld/Induktion
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  • Induktionsgesetz von Faraday (1831) Die in einer Leiterschleife induzierte Spannung (EMK) U ind ist gleich der negativen zeitlichen nderung des magnetischen Flusses durch die von der Leiterschleife berandete Flche:
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  • med256
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  • med151 Lenzsche Regel
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  • Anwendungen des Induktionsgesetzes - - Transformator - - Wechselstromgenerator/motor - - Hochfrequenztechnik - - Radio- und TV-Technik - - Nachrichtentechnik - - Sensorik - etc.
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  • elektrische Ladungen sind Quellen des E-Feldes B-Feld hat keine Quellen (keine magnetischen Monopole) Gesetz von Ampre Induktionsgesetz von Faraday Maxwell-Gleichungen
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  • elektromagnetische Wellen
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  • med195
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  • med197
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  • med192
  • Folie 29
  • Materie im Magnetfeld
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  • diamagnetischparamagnetischferromagnetisch HeAlFe N2N2 NaCo AgO2O2 Ni BiGd 2 O3Permalloy
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  • Magnetische Materialien
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  • Diamagnetischer Frosch
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  • Die magnetischen Eigenschaften von Materialien lassen sich nur im Rahmen der Quantenmechanik verstehen. Dabei spielen drei Eigenschaften des Elektrons eine entscheidende Rolle: Das Elektron hat eine elektrische Ladung Die Elektronen in Atomen haben einen Bahndrehimpuls Die Elektronen in Atomem haben einen Eigendrehimpuls (Spin). Der Spin kommt in der klassischen Physik nicht vor Ursache des Magnetismus in Materie
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  • med157
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  • Ferromagnet
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  • Vielen Dank!