Klausur: Montag, 11.02. 2008 um 13 – 16 Uhr (90 min)Willstätter-HSBuchner-HS

Nachklausur: Freitag, 18.04. 2008 von 14:30 bis 16:30 UhrWillstätter-HS

http://www.physik.lmu.de/lehre/vorlesungen/wise_07_08/pph/Web-Seite zur Vorlesung :

für Pharmazeuten und Biologen (PPh)Mechanik, Elektrizitätslehre, Optik

Einführung in die Physik

Vorlesung Physik für Pharmazeuten und Biologen

PPh - 12Induktion Wechselstromelektrischer Motor, Generatorelektrischer SchwingkreisGrundgesetze ElektromagnetismusStrahlungsfeld Hertzscher DipolElektromagnetische Wellen

Bewegte Ladung und Magnetfeld

rIB⋅⋅

=πµ

20

Magnetische Feldstärke B [Tesla=Vs/m2]

Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters

I : Stromstärker : Abstand

µ 0 = 4π ⋅10−7 VsAm

"rechte Hand Regel"

rIH⋅⋅

=π2

Magnetische Erregung (Feldstärke) H [A/m]

HB 0µ=

Kraftwirkung von Magnetfeldern auf bewegte Ladungen

vv

v B

v F

v F

x x x

x x xF

+v

B

= q ⋅ v v ×v B

Lorentzkraft

Faraday: Induktion in einem bewegten Leiter

Kraftwirkung vom Magnetfeld auf Ladungen im bewegten Leiter

-Bv

+

-+x

lI

Uind =dxdt

⋅B ⋅ l =dAdt

⋅B

Im konstanten Magnetfeld ist die induzierte Spannung proportional zur Änderung der von der Leiterschleife umschlossenen Fläche.

Leiterschleife

Induktion im ruhenden Leiter bei veränderlichem Magnetfeld

Induktion mit Stabmagnet u. Spule

Faraday’sches Induktionsgesetz:

Φ = B ⋅AFür A⊥Ballgemeinα : Winkel zwischen A und B.

Φ = B ⋅A ⋅ cosα

Magn. Feld =magnetische Flußdichte: [T](Tesla)B =ΦA

Definition Magnetischer Fluß

A

A ⋅v s =

v A

Φ =v B ⋅

v A

Die in einem Leiter induzierte Spannung ist der zeitlichen Änderung des magnetischen Flusses durch die Leiterfläche proportional

Faraday’sches Induktionsgesetz:

dtdUindΦ

−=( )

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ⋅+⋅−=

⋅−= B

dtdAA

dtdB

dtABdUind

Anwendung: Der Generator

Φ = B ⋅A ⋅ cos(ω ⋅ t)→ Uind = −dΦdt

= −B ⋅A ⋅ d(cos(ω ⋅ t))

dt= B ⋅ A ⋅ω ⋅sin(ω ⋅ t)

ω : Winkelgeschwindigkeit, ω• t : Winkel zwischen Fläche A und Feld (B). Versuch Generator

mit Generator erzeugter Wechselstrom

U(t) = U0 sin(ω ⋅ t +ϕ )

f =ω2π

=1Tω =

2πT

Europa U0=325 V und f=50 Hz, Amerika U0=155 V f=60 Hz

Die Umkehrung des Generators: Elektromotoren

7: Kommutatoren(Polwender)

Die Lenzsche Regel

dtdUindΦ

−=

Infolge der induzierten Spannung Uind fließt in einer geschlossenen Leiterschleife ein Strom der selbst ein Feld eBind ereugt. Die Richtung in die der Strom fließt wird festgelegt durch die Lenzsche Regel :

"Alle durch eine Änderung des magnetischen Flusses induzierten Spannungen sind stets so gerichtet, daß die von ihnen hervorgerufenen Ströme die Ursache der Induktion zu hindern versuchen."

“Der Induktionsstrom ist stets so gerichtet, daß sein Feld der Ursache der Induktion entgegenwirkt.”

Versuch Lenzsche Regel

Grundgesetze des Elektromagnetismus

Ladungen sind Quellen elektrischer Felder (Coulomb Gesetz)2

041

rQE

πε=

1.Es gibt keine magnetischen “Ladungen”oder magnetische Monopole. 2.

Ströme erzeugen Magnetfelder mit geschlossenen Feldlinien (Ampère'sche Gesetz)r

IB⋅⋅

=πµ

203.

Eine zeitliche Änderung des magnetischen Flusses in einer Leiterschleife erzeugt eine elektrische Spannung (Faraday'sche Induktionsgesetz).

( )dtBAdUind −=4.

In einem elektromagnetischen Feld wirkt auf eine Ladung die Summe aus Coulomb- und Lorentzkraft

( )BEqFEM

vvvv×+⋅= v

Strom und Magnetismus: die Spule

( )dtBAdUind −=

lINB ⋅

⋅= 0µ

Faraday'sche InduktionsgesetzAmpère'sche Gesetzmagnetische Feldstärkein einer Spule

Energiespeicherung

• Kondensator

2

2UCEnergie rKondensato =

2

2ILEnergieSpule =

• Spule

Tafel

Spule und Kondensator: der elektrischeSchwingkreis

C2

U 2 +L2

I2 = const Energieerhaltung

CL ⋅=

1ωEigenfrequenz

CLT ⋅= π2

"Getriebener" elektrischer Schwingkreis

Energiezufuhr durch Schalter

Meißnersche Rückkopplungs-schaltung zur Erzeugung von ungedämpften Schwingungen

Der Hertzsche Dipol

Der Hertzér Original Aufbau

Höchste Frequenzen lassen sich bei kleinsten Werten von L und C erzielen.Reduktion des Schwingkreises zum Stab -> Hertz’scher Dipol

Versuch Dipolstrahlung

Das Strahlungsfeld des Hertz`schen Dipols

Elektromagnetische Wellen

Polarisation

ET = E0 ⋅ cos(ϕ )

Die Transmission der EM Welle hängt vom Polarisationswinkel ϕ ab.

Polarisationsrichtung des Lichts

Orientierung des Polarisators.

ϕ

IT = I0 ⋅ cos2 (ϕ )

EB

Ein senkrecht zum Sendedipol ausgerichteter Empfangsdipol nimmt keine Strahlungsenergie auf. Die Strahlung ist polarisiert.

el. Feldvektor

Intensität: Mikrowellen-Polarisatoren

Spektrum elektromagnetischer Wellen: