Elektrodynamik – Lexikoneinträge
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Ein von Jean-B. Biot und Felix Savart 1820 aufgestelltes Gesetz über die Stärke und Richtung eines magnetischen Felds in der Umgebung eines stromdurchflossenen Leiters . Demnach ist ein gerader stromdurchflossener Leiter von konzentrischen kreisförmigen Magnetfeldlinien umgeben, wobei die Ebene der Feldlinien senkrecht auf dem Leiter steht. Die Richtung des Magnetfelds lässt sich mit der Rechte-Hand-Regel angeben. Die Stärke des Magnetfelds ist proportional zur Stromstärke und nimmt quadratisch mit zunehmendem Abstand vom Leiter ab.
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Dieses Modell basiert auf den bohrschen Postulaten, die aber z. T. im Widerspruch zur klassischen Elektrodynamik stehen. Nach dem 1. bohrschen Postulat können Elektronen nur auf bestimmten erlaubten Bahnen um den Kern kreisen. Erlaubt sind nur solche Bahnen, für die das Produkt aus dem Impuls des Elektrons (m · υ) und dem Umfang der Bahn (2πr n ) gleich einem ganzzahligen Vielfachen des planckschen Wirkungsquantums h ist: 2πr n · m · υ = n · h . Die Zahl n = 1, 2, 3 usw. wird als die Hauptquantenzahl der betreffenden Bahn bezeichnet. Für n = 1 ergibt sich der sogenannte bohrsche Radius r 1 = a...
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Ein Elektromagnet ist ein Magnet, der – im Gegensatz zum Dauermagneten – nur dann ein Magnetfeld besitzt, wenn durch ihn ein (makroskopischer) elektrischer Strom fließt. Ein Elektromagnet besteht in der Regel aus einer Spule , in der sich ein Eisenkern mit möglichst großer Permeabilität befindet. Besonders starke Elektromagnete kann man mit supraleitenden Spulenwicklungen konstruieren, da dann keine Verluste durch Joule’sche Wärme auftreten.
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Die elektromagnetische Induktion (von lat. inductio „Veranlassung“) ist die Erscheinung, dass zeitlich veränderliche Magnetfelder elektrischen Spannungen erzeugen . Die elektromagnetische Induktion und das Induktionsgesetz wurden 1831 von MICHAEL FARADAY entdeckt. Am besten kann man sich dies an einer Leiterschleife in einem äußeren Magnetfeld veranschaulichen. Wenn sich das Magnetfeld – genauer gesagt, den magnetischen Fluss durch die Leiterschleife –, so misst man an den Enden der Leiterschleife einen Spannungsstoß, bei kurzgeschlossener Leiterschleife einen Stromstoß . Es gibt viele...
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Eine Maschine zur Umwandlung von elektrischer in kinetische Energie . Man unterscheidet Gleichstrom - und Wechselstrommotoren . Eine mit dem gleichen prinzipiellen Aufbau umgekehrt arbeitende Maschine, die also kinetische in elektrische Energie verwandelt, nennt man Generator . Ein sehr einfaches Beispiel eines Gleichstrommotors ist eine Leiterschleife, die im Magnetfeld eines Dauermagneten drehbar gelagert ist. Wenn ein Strom durch diese „ Minimalspule “ fließt, entsteht durch Induktion ein magnetisches Gegenfeld. Daraufhin richtet sich die Schleife so aus, dass sich der Nordpol des...
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Ein Generator (von lat. „Erzeuger“; auch Dynamomaschine ), wandelt mechanische, genauer gesagt Rotationsenergie in elektrische Energie um. Eine umgekehrt arbeitende Maschine, die also elektrische in mechanische Energie verwandelt, ist ein Elektromotor . Der Generator beruht auf folgendem Prinzip: Eine Leiterschleife der Fläche A dreht sich im Magnetfeld \(\vec B\) eines Dauermagneten. Aufgrund der ständigen Änderung des magnetischen Flusses \(\Phi\) durch die Schleifenfläche wird in der Leiterschleife eine Spannung U induziert : \(U = - \dfrac{\text d\Phi}{\text d t}\) Wegen \(\Phi = B...
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Gewitter sind komplexe meteorologische Erscheinung, die mit luftelektrischen Entladungen ( Blitzen ) und akustischen Phänomenen ( Donner ) verbunden sind. Ein Gewitter entsteht, wenn sehr feuchte Luft rasch in größere Höhen aufsteigt. Es bilden sich dann in etwa 6–8 km Höhe mächtige Quellwolken, in denen starke Vertikalströmungen herrschen, die zur Ladungstrennung innerhalb der Gewitterwolken führen (Abb.). Die positive Hauptladung wird von den Eisteilchen der hohen Wolkenpartien getragen. Die sich bildenden elektrischen Felder gleichen sich durch Funkenentladungen zwischen unterschiedlich...
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Der magnetische Fluss \(\Phi\) ist eine der physikalischen Größen, mit denen magnetische und elektromagnetische Vorgänge beschrieben werden. Die SI-Einheit des magnetischen Flusses ist das Weber (Wb). Zu einem gegebenen ( homogenen) magnetischen Feld mit der magnetischen Flussdichte \(\vec B\) ist der zugehörige magnetische Fluss durch eine Fläche A gegebenen durch \(\Phi = |\vec B| \cdot A \cdot \cos \alpha\) Dabei ist \(\alpha\) der Winkel zwischen der Flächennormalen und der Richtung des Magnetfelds. (Bei einem inhomogenen Magnetfeld erfolgt die Definition im Prinzip analog, allerdings...
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Die Induktion einer elektrischen Spannung in einem Leiter aufgrund der Änderung des von dem Leiter selbst hervorgerufenen Magnetfelds . Dieses Phänomen lässt sich besonders gut mit einer Spule untersuchen. In deren Inneren entsteht ein Magnetfeld, wenn ein Strom durch sie fließt. Ändert man den Strom, so ändert sich auch der magnetische Fluss \(\Phi\) durch den Spulenquerschnitt, was eine zusätzliche Spannung in der Schleife selbst induziert (daher der Name „Selbstinduktion“). Die Selbstinduktion spielt bei Ein- und Ausschaltvorgängen eine wesentliche Rolle. Wenn z. B. in einem...
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Ein Wirbelstrom ist ein elektrischer Strom mit geschlossenen Stromlinien. In einer leitenden rotierenden Scheibe entstehen Wirbelströme, wenn die mitrotierenden freien Elektronen durch ein äußeres Magnetfeld abgelenkt werden. Die W. wandeln Rotationsenergie in Wärme um. Auf diesem Prinzip beruht die Wirbelstrombremse . In den meisten Fällen sind Wirbelströme unerwünscht, zur Vermeidung von Wirbelstromverlusten werden in der Elektrotechnik rotierende Bauteile kammartig geschlitzt. In Supraleitern treten verlustlose Wirbelströme auf, die im Prinzip unbegrenzt lange fließen können.