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Klausur: Montag, 11.02. 2008 um 13 – 16 Uhr (90 min)Willstätter-HSBuchner-HS
Nachklausur: Freitag, 18.04. 2008 von 14:30 bis 16:30 UhrWillstätter-HS
http://www.physik.lmu.de/lehre/vorlesungen/wise_07_08/pph/Web-Seite zur Vorlesung :
für Pharmazeuten und Biologen (PPh)Mechanik, Elektrizitätslehre, Optik
Einführung in die Physik
Vorlesung Physik für Pharmazeuten und Biologen
PPh - 12Induktion Wechselstromelektrischer Motor, Generatorelektrischer SchwingkreisGrundgesetze ElektromagnetismusStrahlungsfeld Hertzscher DipolElektromagnetische Wellen
Bewegte Ladung und Magnetfeld
rIB⋅⋅
=πµ
20
Magnetische Feldstärke B [Tesla=Vs/m2]
Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters
I : Stromstärker : Abstand
µ 0 = 4π ⋅10−7 VsAm
"rechte Hand Regel"
rIH⋅⋅
=π2
Magnetische Erregung (Feldstärke) H [A/m]
HB 0µ=
Kraftwirkung von Magnetfeldern auf bewegte Ladungen
vv
v B
v F
v F
x x x
x x xF
+v
B
= q ⋅ v v ×v B
Lorentzkraft
Faraday: Induktion in einem bewegten Leiter
Kraftwirkung vom Magnetfeld auf Ladungen im bewegten Leiter
-Bv
+
-+x
lI
Uind =dxdt
⋅B ⋅ l =dAdt
⋅B
Im konstanten Magnetfeld ist die induzierte Spannung proportional zur Änderung der von der Leiterschleife umschlossenen Fläche.
Leiterschleife
Induktion im ruhenden Leiter bei veränderlichem Magnetfeld
Induktion mit Stabmagnet u. Spule
Faraday’sches Induktionsgesetz:
Φ = B ⋅AFür A⊥Ballgemeinα : Winkel zwischen A und B.
Φ = B ⋅A ⋅ cosα
Magn. Feld =magnetische Flußdichte: [T](Tesla)B =ΦA
Definition Magnetischer Fluß
A
A ⋅v s =
v A
Φ =v B ⋅
v A
Die in einem Leiter induzierte Spannung ist der zeitlichen Änderung des magnetischen Flusses durch die Leiterfläche proportional
Faraday’sches Induktionsgesetz:
dtdUindΦ
−=( )
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ ⋅+⋅−=
⋅−= B
dtdAA
dtdB
dtABdUind
Anwendung: Der Generator
Φ = B ⋅A ⋅ cos(ω ⋅ t)→ Uind = −dΦdt
= −B ⋅A ⋅ d(cos(ω ⋅ t))
dt= B ⋅ A ⋅ω ⋅sin(ω ⋅ t)
ω : Winkelgeschwindigkeit, ω• t : Winkel zwischen Fläche A und Feld (B). Versuch Generator
mit Generator erzeugter Wechselstrom
U(t) = U0 sin(ω ⋅ t +ϕ )
f =ω2π
=1Tω =
2πT
Europa U0=325 V und f=50 Hz, Amerika U0=155 V f=60 Hz
Die Umkehrung des Generators: Elektromotoren
7: Kommutatoren(Polwender)
Die Lenzsche Regel
dtdUindΦ
−=
Infolge der induzierten Spannung Uind fließt in einer geschlossenen Leiterschleife ein Strom der selbst ein Feld eBind ereugt. Die Richtung in die der Strom fließt wird festgelegt durch die Lenzsche Regel :
"Alle durch eine Änderung des magnetischen Flusses induzierten Spannungen sind stets so gerichtet, daß die von ihnen hervorgerufenen Ströme die Ursache der Induktion zu hindern versuchen."
“Der Induktionsstrom ist stets so gerichtet, daß sein Feld der Ursache der Induktion entgegenwirkt.”
Versuch Lenzsche Regel
Grundgesetze des Elektromagnetismus
Ladungen sind Quellen elektrischer Felder (Coulomb Gesetz)2
041
rQE
πε=
1.Es gibt keine magnetischen “Ladungen”oder magnetische Monopole. 2.
Ströme erzeugen Magnetfelder mit geschlossenen Feldlinien (Ampère'sche Gesetz)r
IB⋅⋅
=πµ
203.
Eine zeitliche Änderung des magnetischen Flusses in einer Leiterschleife erzeugt eine elektrische Spannung (Faraday'sche Induktionsgesetz).
( )dtBAdUind −=4.
In einem elektromagnetischen Feld wirkt auf eine Ladung die Summe aus Coulomb- und Lorentzkraft
( )BEqFEM
vvvv×+⋅= v
Strom und Magnetismus: die Spule
( )dtBAdUind −=
lINB ⋅
⋅= 0µ
Faraday'sche InduktionsgesetzAmpère'sche Gesetzmagnetische Feldstärkein einer Spule
Energiespeicherung
• Kondensator
2
2UCEnergie rKondensato =
2
2ILEnergieSpule =
• Spule
Tafel
Spule und Kondensator: der elektrischeSchwingkreis
C2
U 2 +L2
I2 = const Energieerhaltung
CL ⋅=
1ωEigenfrequenz
CLT ⋅= π2
"Getriebener" elektrischer Schwingkreis
Energiezufuhr durch Schalter
Meißnersche Rückkopplungs-schaltung zur Erzeugung von ungedämpften Schwingungen
Der Hertzsche Dipol
Der Hertzér Original Aufbau
Höchste Frequenzen lassen sich bei kleinsten Werten von L und C erzielen.Reduktion des Schwingkreises zum Stab -> Hertz’scher Dipol
Versuch Dipolstrahlung
Das Strahlungsfeld des Hertz`schen Dipols
Elektromagnetische Wellen
Polarisation
ET = E0 ⋅ cos(ϕ )
Die Transmission der EM Welle hängt vom Polarisationswinkel ϕ ab.
Polarisationsrichtung des Lichts
Orientierung des Polarisators.
ϕ
IT = I0 ⋅ cos2 (ϕ )
EB
Ein senkrecht zum Sendedipol ausgerichteter Empfangsdipol nimmt keine Strahlungsenergie auf. Die Strahlung ist polarisiert.
el. Feldvektor
Intensität: Mikrowellen-Polarisatoren
Spektrum elektromagnetischer Wellen: