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Hallo!
ich habe folgendes Problem: Wenn ich das Magnetfeld durch eine Leiterschleife ändere, entsteht dann erst ein Strom (Elektronenverschiebung) nach Regeln der Lorentzkraft, die dann ein E-Feld und damit eine Spannung erzeugen?
Oder: entsteht (aus heiterem Himmel) ein E-Feld, dass eine Spannung bedeutet und daraus resultiert dann der Strom?
Anbei ein weiteres von mir nicht gelöstes Problem:
Wenn eine Leiterschleifenfläche sich senkrecht zu einem homogenen Magnetfeld bewegt, dann sollte es doch Lorentzkräfte geben, so dass sich die Elektronen (auf den gegenüberliegenden Kanten senkrecht zur Bewegungsrichtung) bewegen und ein elektrisches Feld und damit eine Spannung induziert werden. Nach dem Indgesetz gibt es jedoch keine Spannung, wenn sich der Fluss durch die Fläche nicht ändert...?
Bin sehr dankbar für Hilfe!!
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 21:11 Sa 18.02.2012 | | Autor: | notinX |
Hallo,
> Hallo!
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> ich habe folgendes Problem: Wenn ich das Magnetfeld durch
> eine Leiterschleife ändere, entsteht dann erst ein Strom
> (Elektronenverschiebung) nach Regeln der Lorentzkraft, die
> dann ein E-Feld und damit eine Spannung erzeugen?
> Oder: entsteht (aus heiterem Himmel) ein E-Feld, dass eine
> Spannung bedeutet und daraus resultiert dann der Strom?
"aus heiterem Himmel" entstehen keine elektr. Felder.
Wird das Magnetfeld, welches die Leiterschleife durchdringt, geändert, so erfahren die freien Elektronen eine Kraft (Lorentzkraft) und werden zu einem der beiden Enden des Leiters gedrängt. Dadurch kommt es an einem Ende zum Elektronenmangel, am anderen zum Überschuss. Daraus wiederum resultiert eine Spannung zwischen den beiden Enden und es fließt ein Strom, wenn man einen Verbraucher anschließt.
Die erste Variante ist also die richtige.
>
> Anbei ein weiteres von mir nicht gelöstes Problem:
> Wenn eine Leiterschleifenfläche sich senkrecht zu einem
> homogenen Magnetfeld bewegt, dann sollte es doch
> Lorentzkräfte geben, so dass sich die Elektronen (auf den
> gegenüberliegenden Kanten senkrecht zur Bewegungsrichtung)
> bewegen und ein elektrisches Feld und damit eine Spannung
> induziert werden. Nach dem Indgesetz gibt es jedoch keine
> Spannung, wenn sich der Fluss durch die Fläche nicht
> ändert...?
Kannst Du eine Zeichnung dazu machen? Ich bin mir nicht sicher, was Du mit "senkrecht zu einem homogenen Magnetfeld" meinst.
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> Bin sehr dankbar für Hilfe!!
>
>
Gruß,
notinX
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(Korrektur) kleiner Fehler  | | Datum: | 13:12 So 19.02.2012 | | Autor: | leduart |
Hallo
nein, ein sich änderndes Magnetfeld bewirkt ein elektrisches Feld, auch wenn keine beweglichen Ladungen vorhanden sind.
siehe maxwellgleichungen. sonst gäbs auch keine el.magn. Wellen im Vakuum!
Gruss leduart
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(Korrektur) oberflächlich richtig  | | Datum: | 13:21 So 19.02.2012 | | Autor: | notinX |
> Hallo
> nein, ein sich änderndes Magnetfeld bewirkt ein
> elektrisches Feld, auch wenn keine beweglichen Ladungen
> vorhanden sind.
> siehe maxwellgleichungen. sonst gäbs auch keine el.magn.
> Wellen im Vakuum!
> Gruss leduart
Danke leduart,
das stimmt natürlich!
Gruß,
notinX
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(Antwort) fertig | | Datum: | 13:17 So 19.02.2012 | | Autor: | leduart |
Hallo
zu 1. siehe meine Korrektur
zu 2:
stell dir die Leiterschleife offen vor.
im oberen und unteren Draht werden die e z.b nach rechts verschoben, du hast an den offenen enden dazwischen also oben und unten das gleiche Potential, also keine Potentialdifferenz, wenn du die Schleife schliesst deshalb auch keinen Strom.
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Vielen Dank an notinX und leduart für die raschen Antworten! Ich bin jedoch immer noch nicht so ganz überzeugt. Leider muss ich das Thema bereits unterrichten..
Ich habe deshalb eine aufwendige Zeichnung zu meinem Problem angefertigt, die ich Euch gern zeigen würde. Kann man hier im Forum Bilder hochladen?
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 15:26 Mi 22.02.2012 | | Autor: | Marcel08 |
Hallo!
> Vielen Dank an notinX und leduart für die raschen
> Antworten! Ich bin jedoch immer noch nicht so ganz
> überzeugt. Leider muss ich das Thema bereits
> unterrichten..
> Ich habe deshalb eine aufwendige Zeichnung zu meinem
> Problem angefertigt, die ich Euch gern zeigen würde. Kann
> man hier im Forum Bilder hochladen?
Ja, kopiere einfach den Quellcode für "Bild-Anhang", bzw. "Datei-Anhang" im Eingabehilfebereich in das Eingabefeld. Nachdem du auf "Senden" klickst, wirst du automatisch dazu aufgefordert, deine Quelle anzugeben. Alles weitere dürfte dann kein Problem mehr sein.
Viele Grüße, Marcel
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Danke Marcel
Dateianhänge:
Anhang Nr. 1 (Typ: jpg) [nicht öffentlich]
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 21:13 Mi 22.02.2012 | | Autor: | Marcel08 |
Hallo!
Nun, im Prinzip kann man sagen, dass die elektrische Feldstärke bei zeitlich veränderlichen Feldern über den Verschiebungs- und über den Leitungsstrom ein Magnetfeld gemäß
(1) [mm] \integral_{\partial{A}}^{}{\vec{H}*d\vec{s}}=\integral_{A}^{}{(\vec{J}+\bruch{\partial}{\partial{t}}\vec{D})*d\vec{A}}
[/mm]
erzeugt und dieses wiederum über Induktionswirkung gemäß
(2) [mm] \integral_{\partial{A}}^{}{\vec{E}*d\vec{s}}=-\bruch{\partial}{\partial{t}}\integral_{A}^{}{\vec{B}*d\vec{A}}
[/mm]
ein elektrisches Feld. Der magnetische Fluss [mm] \Phi(t) [/mm] wird in Gleichung (2) nun durch das rechtsseitige Flächenintegral repräsentiert. Diesbezüglich gilt also
(3.1) [mm] \Phi(t)=\integral_{A}^{}{\vec{B}*d\vec{A}}
[/mm]
Damit nun eine Spannung [mm] U_{ind}\not=0 [/mm] erzeugt werden kann, muss der magnetische Fluss eine zeitliche Abhängigkeit aufweisen. Diesbezüglich gilt es die folgenden zwei Möglichkeiten zu unterscheiden: Für den Fall, dass die Anregung des Magnetfeldes, also der elektrische Strom, zeitlich veränderlich ist, liegt Gleichung (3.1) in der Form
(3.2) [mm] \Phi(t)=\integral_{A}^{}{\vec{B(t)}*d\vec{A}}
[/mm]
vor. In diesem Fall spricht man auch von der "Induktion der Ruhe", bzw. von der "Ruhinduktion". Die Fläche A bleibt demnach konstant. Für den Fall, dass nicht die Anregung, sondern das differentielle Flächenelement [mm] d\vec{A} [/mm] (und somit auch die Fläche A) zeitlich veränderlich ist, liegt Gleichung (3.1) in der Form
(3.3) [mm] \Phi(t)=\integral_{A}^{}{\vec{B}*d\vec{A(t)}}
[/mm]
vor. In diesem Fall spricht man auch von der "Bewegungsinduktion". Die magnetische Flussdichte wird dann, sowie in deiner Skizze, durch einen Gleichstrom erzeugt. Der eingezeichnete Geschwindigkeitsvektor [mm] \vec{v} [/mm] deutet an, dass es sich in deinem Fall um den Fall der Bewegungsinduktion handelt. Es wird also eine Spannung induziert, obwohl die Magnetfeldanregung zeitlich unabhängig ist.
Viele Grüße, Marcel
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 19:13 Fr 24.02.2012 | | Autor: | leduart |
Hallo
zu deinen Bildchen:
das ist falsch!
deine links oben und links unten angesammelten e stoßen sich ab!
Wenn die lorentzkaft sie so verteilte, würde dein Voltmeter auch nichts messen, denn warum sollten die e durch ddas voltmeter fließen, wenn sie den einfacheren Weg durch das obere Leiterstück haben.
Was du hast ist im ersten moment, wenn sich die Leiterschleife in Bewegung setzt einen kurzen Stromfluss
falls eine spannung existierte, gäbe es einen Kreisstrom in der kurzgeschl. Leiterschleife.
wenn du über spannung reden willst , dann müsstest du eine ringspannung haben, d.h. eine el Feld ,das überall in der Leiterschleife im Kreis rum ginge, du hast aber oben und unten E in entgegengesetzter Richtung.
lass das obere Ende noch außerhalb des B feldes, dann hast du im unteren Teil an den enden eine spannung, die dazuführt, das durch die ganze Leiterschleife ein sStrom fliesst.
Gruss leduart
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Die Ausführungen zu den Maxwellschen Gleichungen sind nen recht harter Tobak für Schüler, aber trotzdem danke an Marcel für detaillierten Erklärungen, bin noch nicht ganz damit durch..
An leduart eine Danke für Deine Reaktion zu meinem Bild. Allerdings ist mir Falschheit noch nicht so ganz einleuchtend für mich. Dass durch das Voltmeter kein Strom fließt, das seh ich ein. Doch warum sollten sich die Elektronen nicht nach links sammeln können ? Wenn die Lorentzkraft gößer auf die e ist, als die entgegesetzte Kraft durch das E-Feld. Vielmehr denk ich an die Regel, je größer die Lorentzkraft, desto mehr drängen sich die e an den Rand, glaub ich doch zumindest, oder mache ich einen Denkfehler ?..
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(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 09:12 Di 28.02.2012 | | Autor: | Marcel08 |
> Die Ausführungen zu den Maxwellschen Gleichungen sind nen
> recht harter Tobak für Schüler, aber trotzdem danke an
> Marcel für detaillierten Erklärungen, bin noch nicht ganz
> damit durch..
Nun, ich richte mich in meinem Beitrag nicht an deine Schüler sondern an dich. Eine angemessene pädagogische Aufbereitung bleibt ja letztendlich dein Job.
> An leduart eine Danke für Deine Reaktion zu meinem Bild.
> Allerdings ist mir Falschheit noch nicht so ganz
> einleuchtend für mich. Dass durch das Voltmeter kein Strom
> fließt, das seh ich ein. Doch warum sollten sich die
> Elektronen nicht nach links sammeln können ? Wenn die
> Lorentzkraft gößer auf die e ist, als die entgegesetzte
> Kraft durch das E-Feld. Vielmehr denk ich an die Regel, je
> größer die Lorentzkraft, desto mehr drängen sich die e
> an den Rand, glaub ich doch zumindest, oder mache ich einen
> Denkfehler ?..
Zeichne dir am besten noch einmal eine Skizze, in der du unter Berücksichtung von Gleichung (3.3) sowie der Beziehung [mm] v=\bruch{s}{t} [/mm] die drei folgenden Fälle betrachtest:
1.) Die Leiterschleife befindet sich vollständig außerhalb des konstanten Magnetfeldes.
2.) Die Leiterschleife befindet sich nur anteilsmäßig im konstanten Magnetfeld.
3.) Die Leiterschleife befindet sich vollständig im konstanten Magnetfeld.
Versuche dabei jeweils die gesamte vom Magnetfeld durchsetzte Fläche allgemein in Abhängigkeit von der Zeit t zu berechnen. Welchen Aussagen kannst du dann im Hinblick auf Gleichung (3.3) i.V.m. Gleichung (2) treffen?
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| Status: |
(Mitteilung) Reaktion unnötig | | Datum: | 11:58 Di 28.02.2012 | | Autor: | leduart |
Hallo
Ich hab deine Bildchen nochmal überlegt: Wenn dein Spannungsmessgerät außerhalb des Magnetfeldes ist hast du einfach dasselbe, als wenn du nur einen leiter bewegst,, bzw es ändert sich die von B durchsetzte Fläche A zwischen Messgerät und bewegter Schleife= Doppelleitung. dass sich inerhalb der Schleife eine ladungsverschiebung einstellt habe ich nie verneint.
Also: a) deine ganze messung findet innerhalb des Feldes statt, praktisch heisst das du unterbrichst deine schleife irgendwo und misst die spannung, oder den strom in der Schleife: du misst nichts
b) du hast dein messgerät ausserhalb, dann wirkt deine Schleife wie ein leiter, der sich bewgt, du hast aussen eine spannung und kannst auch nen Strom messen, der dann auch durch die Leiterschleife fließt, aber nicht im kreis, sondern oben und unten parallel.
Gruss leduart
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