Hallo, wer schon mal was vorab lesen will, hier ein Englischer Text über
Kopenhagen in
The Physical Tourist, A Science Guide for the Traveler
Hrsg. J.S.Rigden und R.H.Stuewer, Birkhäuser, Basel, 2009
Montag, 20. Dezember 2010
Samstag, 11. Dezember 2010
Übungen im Buch
S44/8
a
Siehe Kurzvortrag zum Zyklotron. Was da nicht so gut rauskam: Der Magnet ist außerhalb, in den beiden "Babybel-Schalen" ist ein homogenes Magnetfeld, das entlang der Achse wirkt. Dadurch fliegen geladene Teilchen auf Kreisbahnen in den Dosen. Immer wenn die Teilchen im Zwischenraum sind, wird umgepolt. Das beschleunigende E-Feld wirkt daher nur zwischen den Schalen. Innerhalb der Schalen ist kein E-Feld, die Schalen wirken wie Faraday-Käfige.
b
mv²/2=Ue
v=(2Ue/m)^0.5=1.7e8m/s, etwas über 1/2 Lichtgeschwindigkeit. Dürfte man eigentlich gar nicht mehr so rechnen, relativistischer Massenzuwachs.
c
Umlaufzeit T=2 pi r/v
Radius hängt von Zentripetalkraft ab
m v²/r=evB, also r=mv/(eB)
Oben einsetzen
T= 2 pi mv/(v e B) = 2 pi m/(e B), d.h. v kürzt sich raus.
Frequenz
f=1/T = e B/(2 pi m) = 1.8e10Hz
d
Wenn m auch von v abhängt, also mit v zunimmt, ist auch f und T von v abhängig. Die Frequenz wird dann mit zunehmendem v und m immer kleiner.
a
Siehe Kurzvortrag zum Zyklotron. Was da nicht so gut rauskam: Der Magnet ist außerhalb, in den beiden "Babybel-Schalen" ist ein homogenes Magnetfeld, das entlang der Achse wirkt. Dadurch fliegen geladene Teilchen auf Kreisbahnen in den Dosen. Immer wenn die Teilchen im Zwischenraum sind, wird umgepolt. Das beschleunigende E-Feld wirkt daher nur zwischen den Schalen. Innerhalb der Schalen ist kein E-Feld, die Schalen wirken wie Faraday-Käfige.
b
mv²/2=Ue
v=(2Ue/m)^0.5=1.7e8m/s, etwas über 1/2 Lichtgeschwindigkeit. Dürfte man eigentlich gar nicht mehr so rechnen, relativistischer Massenzuwachs.
c
Umlaufzeit T=2 pi r/v
Radius hängt von Zentripetalkraft ab
m v²/r=evB, also r=mv/(eB)
Oben einsetzen
T= 2 pi mv/(v e B) = 2 pi m/(e B), d.h. v kürzt sich raus.
Frequenz
f=1/T = e B/(2 pi m) = 1.8e10Hz
d
Wenn m auch von v abhängt, also mit v zunimmt, ist auch f und T von v abhängig. Die Frequenz wird dann mit zunehmendem v und m immer kleiner.
Übungen im Buch
S44/2
Ähnlich wie beim Versuch mit den Grießkörnern in Öl. Späne werden magnetisiert und dadurch zu Dipolen, N und S ziehen sich jeweils an, es bilden sich Ketten.
S44/6a
Stromstärke in der Spule, Windungsdichte der Spule.
6b
"Ziehharmonika"-Spule, verkürz- oder längerbar. Netzgerät, das verschiedene Stromstärken einstellt, Amperemeter. Hallsonde, mit der die Flussdichte in der Mitte der Spule gemessen wird. Man stellt fest: B~I und B~N/L.
S44/3
Stabmagnet hat N- und S-Pol. Feldlinien sind gebogen, laufen von einem Ende zum Anderen. Kugel hat nur eine Ladung. Feldlinien laufen gerade, radial von der oder zur Kugel. Magnete bilden immer einen Dipol, es gibt keine isolierten Monopole.
S44/4
a/b
Gilt nur für einen "isolierten Monopol", eine Idealvorstellung, die es nicht gibt. Man behilft sich mit der Stricknadel, deren S-Pol weit im Wasser hängt, so dass auf sie fast nur die Kraft auf den Nordpol an der Oberfläche wirkt. Man kann eine Kompassnadel als Probekörper nehmen, dann wirken auf jeden ihrer Pole Kräfte. Sie richtet sich entlang der Feldlinien aus. Im inhomogenen Feld ist die Kraft an der Seite mit höherer Flussdichte stärker.
S44/5
a
B=F/(Is)=0.01T
b
B=F/(Is sin45°)=0.014T
S44/7
a
F ist immer orthogonal zu v. Wirkt als Zentripetalkraft einer Kreisbewegung.
mv²/r=evB
r=mv²/eB=14.5m
b
Drehsinn in der anderen Richtung, weil Ladung ihr Vorzeichen wechselt. Deutlich größerer Radius, weil größere Masse und damit größere Trägheit. 1836-mal so groß.
Ähnlich wie beim Versuch mit den Grießkörnern in Öl. Späne werden magnetisiert und dadurch zu Dipolen, N und S ziehen sich jeweils an, es bilden sich Ketten.
S44/6a
Stromstärke in der Spule, Windungsdichte der Spule.
6b
"Ziehharmonika"-Spule, verkürz- oder längerbar. Netzgerät, das verschiedene Stromstärken einstellt, Amperemeter. Hallsonde, mit der die Flussdichte in der Mitte der Spule gemessen wird. Man stellt fest: B~I und B~N/L.
S44/3
Stabmagnet hat N- und S-Pol. Feldlinien sind gebogen, laufen von einem Ende zum Anderen. Kugel hat nur eine Ladung. Feldlinien laufen gerade, radial von der oder zur Kugel. Magnete bilden immer einen Dipol, es gibt keine isolierten Monopole.
S44/4
a/b
Gilt nur für einen "isolierten Monopol", eine Idealvorstellung, die es nicht gibt. Man behilft sich mit der Stricknadel, deren S-Pol weit im Wasser hängt, so dass auf sie fast nur die Kraft auf den Nordpol an der Oberfläche wirkt. Man kann eine Kompassnadel als Probekörper nehmen, dann wirken auf jeden ihrer Pole Kräfte. Sie richtet sich entlang der Feldlinien aus. Im inhomogenen Feld ist die Kraft an der Seite mit höherer Flussdichte stärker.
S44/5
a
B=F/(Is)=0.01T
b
B=F/(Is sin45°)=0.014T
S44/7
a
F ist immer orthogonal zu v. Wirkt als Zentripetalkraft einer Kreisbewegung.
mv²/r=evB
r=mv²/eB=14.5m
b
Drehsinn in der anderen Richtung, weil Ladung ihr Vorzeichen wechselt. Deutlich größerer Radius, weil größere Masse und damit größere Trägheit. 1836-mal so groß.
Übungen vom Mittwoch, Teil 3
7. Man sieht an der Tabelle verschiedene Proportionalitäten (wenn man meinen Tippfehler übersieht, sorry, denn in der 2. Spalte müßte 8A stehen bei I)
F ~ I von den ersten drei Spalten und F~s von den letzten drei Spalten. Also
F ~ I*s. Dazu gibt es einen Proportionalitätsfaktor, nämlich genau den Quotienten aus beiden Seiten. Den nennt man Flußdichte B.
F ~ I von den ersten drei Spalten und F~s von den letzten drei Spalten. Also
F ~ I*s. Dazu gibt es einen Proportionalitätsfaktor, nämlich genau den Quotienten aus beiden Seiten. Den nennt man Flußdichte B.
Übungen vom Mittwoch, Teil 2
3. Lang und schlank heißt, viel länger als dick. Ein Punkt in der Mitte erfährt eine Feldwirkung von beiden Seiten, von vor und hinter dem Punkt. Ein Punkt am Rand dagegen nur von einer Seite, der am Anfang nur von Teilen der Spule dahinter. Das stimmt nicht mehr, wenn die Spule nicht mehr deutlich länger als breit ist, dann ist nämlich alles nahe am Rand.
4. Richtung: Feldlinien von Süd nach Nord bergab, mit 67° in den Boden hinein. Elektronen fließen von Ost nach West. Kraft, nach Drei-Finger-Regel in richtung norden, mit 23° Neigung nach oben.
Betrag: F=BIs=0.5N
5. Etwas schwierig. Entscheidend ist, dass die Lorentzkraft hier nicht parallel zur Achse des Zuges läuft,sondern (siehe 4.) mit 23° nach oben. Die Komponente der Lorentzkraft in Achsenrichtung ist daher nur das cos(23°)=0.92-fache der vollen Kraft. Damit auch wegen W=Fs muss man die Spannung auf das 0.92-fache verkleinern. Es kommt raus
U=Bdv cos(23°)=2.6mV
6. Siehe Skizze im Heft. Strom durch die Sonden, Elektronen werden so lange zu einer Seite gelenkt, bis mit dem E-Überschuss auf einer Seite eine ausreichende Gegenkraft besteht. Dann herrscht Spannung zwichen den beiden Seiten, die Hall-Spannung. Man kann sie messen. Aus dem Kräftegleichgewciht mit evB=eU/d kann man B berechnen. v hängt ab vom Strom und der Ladungsträgerdichte im Sondenmaterial.
4. Richtung: Feldlinien von Süd nach Nord bergab, mit 67° in den Boden hinein. Elektronen fließen von Ost nach West. Kraft, nach Drei-Finger-Regel in richtung norden, mit 23° Neigung nach oben.
Betrag: F=BIs=0.5N
5. Etwas schwierig. Entscheidend ist, dass die Lorentzkraft hier nicht parallel zur Achse des Zuges läuft,sondern (siehe 4.) mit 23° nach oben. Die Komponente der Lorentzkraft in Achsenrichtung ist daher nur das cos(23°)=0.92-fache der vollen Kraft. Damit auch wegen W=Fs muss man die Spannung auf das 0.92-fache verkleinern. Es kommt raus
U=Bdv cos(23°)=2.6mV
6. Siehe Skizze im Heft. Strom durch die Sonden, Elektronen werden so lange zu einer Seite gelenkt, bis mit dem E-Überschuss auf einer Seite eine ausreichende Gegenkraft besteht. Dann herrscht Spannung zwichen den beiden Seiten, die Hall-Spannung. Man kann sie messen. Aus dem Kräftegleichgewciht mit evB=eU/d kann man B berechnen. v hängt ab vom Strom und der Ladungsträgerdichte im Sondenmaterial.
Freitag, 10. Dezember 2010
Übungen vom Mittwoch
1. Elektrische Feldstärke: Kraft auf Probeladung, definiert als Kraft pro Ladung, N/C. Zusammenhang zur Energie/Spannung, Einheit auch V/m.
Magnetische Flussdichte: Kraft auf "Probestrom", definiert als Kraft pro Stromstärke und Leiterlänge, N/(Am). Zusammenhang zur Energie/Spannung nur sehr indirekt.
2. B=mu0 N/L I (N:Windungszahl, L;Länge der Spule) nach I umstellen.
I=BL/(mu0 N)
Magnetische Flussdichte: Kraft auf "Probestrom", definiert als Kraft pro Stromstärke und Leiterlänge, N/(Am). Zusammenhang zur Energie/Spannung nur sehr indirekt.
2. B=mu0 N/L I (N:Windungszahl, L;Länge der Spule) nach I umstellen.
I=BL/(mu0 N)
Dienstag, 7. Dezember 2010
Induktionsversuch
Ein Foto habe ich gemacht vom Versuch, bei dem wir die Induktionsspannung an einer Spule gemessen haben.
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