Elektromagnetismus – Lernwege
Elektromagnetismus – Klassenarbeiten
Elektromagnetismus – Lexikoneinträge
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Eine Antenne (von lat. antenna „Segelstange“) ist eine Vorrichtung zum Senden oder Empfangen von elektromagnetischen Wellen . Eine einfache Antenne lässt sich als einseitig geerdeter Hertz’scher Dipol auffassen, oder auch als als LC - Schwingkreis , bei dem der Kondensator zu einer langen Stange aufgebogen ist (Abb.). In dieser Stange schwingen die Ladungsträger hin und her, wobei sich an den Umkehrpunkten (Geschwindigkeit/Stromstärke ist null, kein Magnetfeld) elektrische und im Nulldurchgang (Spannung ist null, kein elektrisches Feld) magnetische Felder abstrahlen.
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Zwischen zwei punktförmigen elektrischen Ladungen Q 1 und Q 2 wirkt eine Kraft , deren Stärke dem Produkt der beiden Ladungen direkt und dem Quadrat ihres Abstands r umgekehrt proportional ist und die man die Coulomb-Kraft F C nennt. Mathematisch wird dies durch das Coulomb-Gesetz der Elektrostatik beschrieben: \(F_\text C = \dfrac 1 {4\pi\epsilon} \cdot \dfrac{Q_1Q_2}{r^2}\) Dabei ist die Dielektrizitätskonstante \(\epsilon\) das Produkt aus der elektrischen Feldkonstante \(\epsilon_0\) und der materialabhängingen Dielektrizitätszahl \(\epsilon_\text r\) des Mediums, in dem sich die...
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Ein Dauer - oder Permanentmagnet ist ein Magnet, der im Gegensatz zum Elektromagneten sein magnetisches Moment und damit sein magnetisches Feld ohne äußere Einwirkung beliebig lange beibehält. Nur bei starker Erschütterung oder bei Erhitzen über die Curie-Temperatur ( Ferromagnetismus ) hinaus geht der Magnetismus verloren. Dauermagnetische Materialien sind alle Ferromagnetika, z. B. Eisen und Nickel, oder hartmagnetische Legierungen wie Cobalt-Samarium. Magnetische Werkstoffe kommen auch in der Natur vor, z. B. das Magnetit („Magneteisenstein“) .
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Die Erscheinung, dass ein Stoff magnetisiert wird, wenn man ein äußeres magnetisches Feld an ihn anlegt, wobei die Magnetisierung klein und dem äußeren Feld entgegengerichtet ist. Die Magnetisierung erfolgt während des Anwachsens des äußeren Magnetfelds durch Induktion . Gemäß der Lenz’schen Regel ist das induzierte Magnetfeld dem äußeren Feld entgegengerichtet, das äußere Magnetfeld wird also abgeschwächt. Bei diamagnetischen Stoffen ist damit die relative Permeabilität \(\mu_\text r\) kleiner als 1 und die magnetische Suszeptibilität \(\chi_\text m\) ist kleiner als null. Auf...
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Die Dielektrizitätskonstante ( Permittivität ) \(\epsilon\) ist eine Materialkonstante, die beschreibt, wie der betreffende Stoff auf elektrische Felder reagiert. Sie wird aus historischen Gründen als das Produkt aus der elektrischen Feldkonstante bzw. Dielektrizitätskonstanten des Vakuums , \(\epsilon_0\) , und der materialspezifischen dimensionslosen Dielektrizitätszahl (relative Dielektrizitätskonstante/Permittivität) \(\epsilon_\text r\) geschrieben: \(\epsilon = \epsilon_0 \cdot \epsilon_\text r; \\ \epsilon_0 = \dfrac{1}{\mu_0c^2} = \dfrac{1}{4\pi\cdot 10^{-7}\,\frac{\text{Vs}}{\text...
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Allgemein versteht man unter „ elektrischer Energie “ mit elektrischen Erscheinungen verbundene Energieformen . Im engeren Sinne ist damit der der Energieinhalt des elektrischen Felds , die elektrische Feldenergie gemeint. Da sich jedes elektrische Feld als Ableitung bzw. Gradient eines elektrischen Potenzials schreiben lässt, ist der Ausdruck „elektrische Feldenergie“ äquivalent zu „elektrische potenzielle Energie “. Ein kleines, von einem homogenen elektrischen Feld \(\vec E\) erfülltes Volumenelement d V hat die Energie \(E_\text{pot, el} = \dfrac 1 2 \cdot \epsilon \cdot \vec E^2 \cdot...
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Die elektrische Feldkonstante \(\epsilon_0\) ist eine Naturkonstante, deren Wert allerdings von der Wahl des Einheitensystems abhängt. Im Internationalen Einheitensystem (SI) hat sie den Wert \(\epsilon_0 = \dfrac{1}{\mu_0c^2} = \dfrac{1}{4\pi\cdot 10^{-7}\,\frac{\text{Vs}}{\text{Am}}\cdot c^2} \approx 8,854 \cdot 10^{-12}\,\dfrac{\text{As}}{\text{Vm}}\) ( \(\mu_0\) ist die magnetische Feldkonstante ). Die in der obigen Gleichung zum Ausdruck kommende Beziehung zwischen \(\epsilon_0\) , \(\mu_0\) und der Lichtgeschwindigkeit c spiegelt den engen Zusammenhang zwischen den...
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Die elektrische Ladung (früher: Elektrizitätsmenge ) Q ist eine Eigenschaft von Teilchen oder Körpern , welche die Quelle, d. h. die Ursache des elektrischen Feldes und aller elektromagnetischen Erscheinungen darstellt. Das Analogon zur elektrischen Ladung bei der Schwerkraft ist die Masse eines Körpers. Der starken Wechselwirkung , die nur bei subatomaren Abständen in Erscheinung tritt, liegt die sog. Farbladung zugrunde. Der wichtigste Unterschied zwischen Ladung und Masse besteht darin, dass es nur eine Art von Masse, aber positive und negative elektrische Ladungen gibt. Gleichnamige...
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Unter elektrischer Polarisation versteht man einerseits die Erzeugung von elektrischen Dipolmomenten in einer dielektrischen Substanz durch Anlegen eines äußeren elektrischen Felds (Abb.) und andererseits eine physikalische Größe, die beschreibt, wie stark ein Dielektrikum polarisiert ist. Eine elektrische Polarisation kann je nach Substanz auf zweierlei Weise erfolgen: Bei der Verschiebungspolarisation erfolgt eine Ladungsverschiebung innerhalb der einzelnen Atome durch Deformation der Elektronenhülle . Dadurch verschieben sich positiver und negativer Ladungsschwerpunkt in den Atomen, wodurch...
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Teilt man die potenzielle elektrische Energie E pot, el , die eine Probeladung Q an einem Punkt P in einem elektrischen Feld \(\vec E\) hat, durch Q , erhält man das elektrische Potenzial \(\varphi\) an diesem Ort hat: \(\varphi = \dfrac{ E_\text{pot, el} (P,\, P_0) }{ Q } = \dfrac{ \int_{P_0}^P \vec F_\text C \cdot \text d\vec s}{ Q } = \int_{P_0}^P \vec E \cdot \text d\vec s\) Dabei sind P 0 der beliebig wählbare Potenzialnullpunkt und \(\vec F_\text C\) die Coulomb-Kraft . Da die Wahl des Potenzialnullpunkts keine physikalische Bedeutung hat (ählich wie die Wahl des Ursprungs in einem...
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Ein elektrischer Dipol (von griech. di- „zwei-“) ist eine Anordnung von zwei gleich großen, ungleichnamigen Punktladungen in einem Abstand d . Das von ihnen erzeugte elektrische Feld heißt Dipolfeld . Symmetrische Anordnungen von vier oder acht Quellen heißen Quadrupol bzw. Oktupol . Man kann ein beliebiges elektrisches Feld als eine Summe von Multipolfeldern mit zunehmender Ordnung darstellen. Sind die höheren Terme kleine, ist ein Dipol- und-/oder Quadrupolfeld eine Näherung für die unbekannte exakte Feldverteilung. Wenn die Ladungen eines Dipols \(\pm Q\) betragen, nennt man das Produkt...
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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.