Lehrbuch über Elektrizität und Magnetismus mit Übungen - Physik zählt!

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Definition des Magnetfeldes

Da magnetische Monopole nicht zu existieren scheinen, wäre es nicht sinnvoll, ein Magnetfeld hinsichtlich der Kraft eines Testmonopols zu definieren. Stattdessen folgen wir der Philosophie der alternativen Definition des elektrischen Feldes und definieren das Feld in Form eines Drehmoments auf einem magnetischen Testdipol.

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Genau das macht ein Magnetkompass: Die Nadel ist ein kleiner Eisenmagnet, der wie ein magnetischer Dipol wirkt und uns die Richtung des Erdmagnetfeldes zeigt.

d / A - von einer quadratischen Drahtschleife, die über eine Batterie kurzgeschlossen ist. Es wirkt sehr wie ein Stabmagnet, aber seine Stärke wird leichter quantifiziert.

Um die Stärke eines Magnetfeldes zu definieren, brauchen wir jedoch eine Möglichkeit, die Stärke eines Testdipols zu definieren, dh wir brauchen eine Definition des magnetischen Dipolmoments . Wir könnten einen Eisenpermanentmagneten verwenden, der nach bestimmten Spezifikationen konstruiert wurde, aber ein solches Objekt ist wirklich ein extrem komplexes System, das aus vielen Eisenatomen besteht, von denen nur einige ausgerichtet sind.

Ein grundlegenderer Standarddipol ist eine quadratische Stromschleife . Dies könnte eine kleine Widerstandsschaltung sein, die aus einem Quadrat von Draht besteht, der über eine Batterie kurzgeschlossen ist.

Wir werden feststellen, dass eine solche Schleife, wenn sie in ein Magnetfeld gesetzt wird, ein Drehmoment erfährt, das dazu tendiert, die Ebene so auszurichten, dass ihre Fläche in eine bestimmte Richtung zeigt. (Da die Schleife symmetrisch ist, ist es egal, ob wir sie wie ein Rad drehen, ohne die Ebene zu ändern, in der sie liegt).

Es ist diese bevorzugte Blickrichtung, die wir als Richtung des Magnetfeldes definieren werden .

e / A - selbst zum umgebenden Magnetfeld

Experimente zeigen, wenn die Schleife nicht mit dem Feld ausgerichtet ist, das Drehmoment ist proportional zur Stromstärke und auch zum inneren Bereich der Schleife. Die Proportionalität zu Strom ist sinnvoll, da magnetische Kräfte Wechselwirkungen zwischen bewegten Ladungen sind und Strom ein Maß für die Ladungsbewegung ist.

Die Proportionalität zu der Fläche der Schleife ist auch nicht schwer zu verstehen, da eine Vergrößerung der Länge der Seiten des Quadrats sowohl die Menge an Ladung, die in diesem kreisförmigen "Fluss" enthalten ist, als auch die Menge an Hebelkraft erhöht, die zur Erzeugung eines Drehmoments verwendet wird .

Zwei getrennte physikalische Gründe für eine Proportionalität zur Länge ergeben eine Gesamtproportionalität zur Länge im Quadrat, die der Fläche der Schleife entspricht. Aus diesen Gründen definieren wir das magnetische Dipolmoment einer quadratischen Stromschleife als:

D m = IA
(Definition des magnetischen Dipolmoments einer quadratischen Stromschleife)

Wir definieren nun das Magnetfeld in einer Weise, die der zweiten Definition des elektrischen Feldes völlig analog ist:

Der Magnetfeldvektor B an irgendeiner Stelle im Raum wird durch Beobachten des Drehmoments definiert, das auf einen magnetischen Testdipol D mt ausgeübt wird, der aus einer quadratischen Stromschleife besteht . Die Größe des Feldes ist | B | = τ / D mt sinθ, wobei θ der Winkel ist, um den die Schleife fehlausgerichtet ist.

Die Richtung des Feldes ist senkrecht zur Schleife; Von den beiden Senkrechten wählen wir diejenige, die, wenn wir sie betrachten, gegen den Uhrzeigersinn läuft.

Aus dieser Definition ergibt sich, dass das Magnetfeld Einheiten von N · m / A · m2 = N / A · m aufweist . Diese unhandliche Kombination von Einheiten wird abgekürzt als Tesla, 1 T = 1 N / A · m . Vergessen Sie nicht, das Teil am Ende gegen den Uhrzeigersinn zu speichern.

Das Fehlen magnetischer Monopole bedeutet, dass im Gegensatz zu einem elektrischen Feld h / 1, ein magnetisches, h / 2, niemals Quellen oder Senken haben kann. Die Magnetfeldvektoren führen in Bahnen, die auf sich selbst zurücklaufen, ohne jemals an einem Punkt zu konvergieren oder zu divergieren.

Titel:Lehrbuch über Elektrizität und Magnetismus - Benjamin Crowell
Format:PDF
Größe:11, 2 MB
Seiten:218
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