Elektrodynamik und Optik - Fachbereich Physik der Universität ...

72 Experimentalphysik 2 für Biologen & Chemiker
V10 Magnetodynamik
Wiederholung
• Werden Leiterschleifen, in denen ein Strom fließt, einem homogenen
Magnetfeld ausgesetzt, dann wirkt auf sie ein durch die Lorentzkraft
bedingtes Drehmoment, das die Schleifenfläche senkrecht zum
Magnetfeld ausrichtet, d.h. der Flächennormalenvektor auf der Schleife
zeigt damit in Richtung der Magnetfeldlinien. Dies gestattete es uns,
einen Elektromotor oder ein Drehspulgalvanometer zu bauen.
• Auch auf zwei parallele stromdurchflossene Leiter wirken anziehende
Lorentzkräfte. Dabei werden die erforderlichen Magnetfelder von den
Strömen selbst erzeugt. Über diese Anziehungskraft ist die Einheit der
Stromstärke, das Ampère, definiert.
• Der sog. magn. Fluss ist analog zum elektrischen Fluss, den wir als
gauß’schen Satz kennen gelernt hatten, als Zahl der magnetischen
Feldlinien definiert multipliziert mit der Fläche, durch die sie
hindurchtreten.
• Die Aussagen der Elektrostatik und der Magnetostatik ließen sich in den 4
sog. Maxwell’schen Gleichungen zusammenfassen; deren Kernaussagen
sind: Elektrostatische Felder sind wirbelfreie Quellenfelder; Magnetfelder
sind quellenfreie Wirbelfelder.
5.4 Magnetodynamik
5.4.1 Magnetische Induktion
Wir hatten gesehen, dass ein Strom, der durch einen Draht fließt, ein Magnetfeld
erzeugt. Umgekehrt kann ein Magnetfeld einen Strom erzeugen, d.h. Ladungen
in eine gerichtete Bewegung versetzen, allerdings nur, wenn sich B zeitlich
ändert.
Bisweilen kann man beim Herausziehen eines Netzsteckers einen kleinen
Funken beobachten. Bevor der Netzstecker herausgezogen wird, erzeugt der im
Kabel fließende Strom ein Magnetfeld, das konzentrisch das Kabel umgibt. Beim
Herausziehen des Netzsteckers wird dieser Strom abrupt unterbrochen. Das
zusammenbrechende Magnetfeld erzeugt eine Spannung, die dem
Zusammenbrechen des Stroms entgegenwirkt, was sich dann in Form des
überspringenden Funkens bemerkbar macht. Ist das Magnetfeld auf null
zurückgegangen, so wird selbstverständlich auch keine Spannung mehr erzeugt.
Spannungen und Ströme, die durch die Veränderung von Magnetfeldern
entstehen, bezeichnet man als Induktionsspannungen und Induktionsströme.
Den Vorgang selbst nennt man magnetische Induktion. Die Größe der
Induktionsspannung hängt nicht von der absoluten Größe des magnetischen
Flusses ab, sondern nur von der Geschwindigkeit, mit der er sich zeitlich ändert.
Anmerkung: Sie sehen, dass der Begriff der Geschwindigkeit allgemein zu
verstehen ist als Änderung einer Größe pro Zeiteinheit. Es muss also nicht immer
die Strecke ds sein, die pro Zeiteinheit dt zurückgelegt wird.