Physikalische Gesetze des Elektromagnetismus

1. Physikalische Gesetze des Elektromagnetismus BBS Lüchow Hergen Scheck 03/2008

2. Coulombkraft (1785) E Q + F F = Q * E • Elektrische LadungenQ erzeugen elektrische Felder E. • Elektrische Felder verursachen Kräfte auf elektrische Ladungen. • Bei positiven elektrischen Ladungen zeigt die Kraft Fin Richtung der Feldlinien.

3. Ampéresches Gesetz (1825) B = µ0*µr*I/2r Q B (bei geradem Leiter) + v • Bewegte elektrische Ladungen (Ströme) erzeugen magnetische Felder. • Die Feldlinien des Magnetfeldes verlaufen kreisförmig entsprechend der Rechtsschraubenregel.

4. Lorentzkraft (1892) F = Q * v x B B v Q + F in das Blatt hinein x • Magnetische Felder verursachen Kräfte auf Ströme, die sich senkrecht zu den Feldlinienbewegen. • Die Kraft F steht entsprechend der Dreifingerregel senkrecht zu den Vektoren B und v.

5. Faradaysches Induktionsgesetz (1) (1831) B nach rechts hin abnehmend I dB/dt U = -dB/dt * A (wenn A=const.) v F1 F2 Leiterschleife(Fläche A, Ebene senkrecht zu Magnetfeld B) • In einer Leiterschleife, die sich durch ein inhomogenes Magnetfeld bewegt, wird eine Spannung U induziert. Dies lässt sich im Prinzip mit den unterschiedlichen Lorentzkräften (F1 und F2 im linken und rechten Teil der Schleife) erklären. • Der Strom I baut ein Magnetfeld auf, das der zeitlichen Änderung von B (=dB/dt) entgegengerichtet ist (auch hier gilt eine Rechtsschraubenregel). • Die Wechselwirkung der beiden Magnetfelder bremst die Leiterschleife ab.

6. Faradaysches Induktionsgesetz (2) B(zeitlich veränderlich, hier abnehmend) E dB/dt U = -dB/dt * A I Leiterschleife(unbewegt) • Allgemein gilt: Eine Änderung der Magnetfeldstärke bewirkt eine Kraft auf elektrische Ladungen. Auch hier wird daher eine Spannung U induziert, der sich gegen die Änderung des Magnetfelds richtet. • Es ist dabei egal, ob sich die Ladung durch ein inhomogenes Magnetfeld bewegt oder ob sie in einem sich zeitlich ändernden Magnetfeld befindet. • Um das Magnetfeld herum entstehen ringförmige elektrische geschlossene Feldlinien (elektrisches Wirbelfeld).

7. Maxwells Ergänzung (1864) E(zeitlich veränderlich, hier abnehmend) B dE/dt • So wie ein zeitlich veränderliches magnetisches Feld ein elektrisches Wirbelfeld erzeugt, erzeugt auch ein zeitlich veränderliches elektrisches Feld ein magnetisches Wirbelfeld. • Dieser Effekt ist für die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen wichtig. • Man kann ihn nur bei hohen Frequenzen beobachten. Maxwell sagte ihn aus theoretischen Gründen vorher, erst Heinrich Hertz konnte ihn 1884 experimentell beweisen.

8. Zusammenfassung (1) • Wechselwirkungen Felder/Materie: • Elektrische Felder und elektrische Ladungen: • Elektrische Ladungen erzeugen elektrische Felder. • Elektrische Felder bewirken Kräfte auf elektrische Ladungen. (Coulombkraft) • Magnetfelder und elektrische Ladungen: • Bewegte elektrische Ladungen erzeugen Magnetfelder. • Magnetfelder bewirken Kräfte auf bewegte elektrische Ladungen. (Lorentzkraft)

9. Zusammenfassung (2) • Wechselwirkungen der Felder: • Zeitlich veränderliche Magnetfelder: • Sie erzeugen elektrische Felder mit geschlossenen Feldlinien (Wirbelfelder). • Die dabei induzierte Ströme bewirken ein induzierte Magnetfelder, die dem erzeugenden Magnetfeld entgegenwirken. • Zeitlich veränderliche elektrische Felder: • Sie erzeugen magnetische Felder mit geschlossenen Feldlinien (Wirbelfelder). • Die dabei entstehenden zeitlich veränderlichen magnetischen Felder erzeugen wiederum zeitlich elektrische Felder usw. Hierdurch ist eine Ausbreitung elektromagnetischer Wellen möglich.