Dipole im elektrischen und magnetischen Feld

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(Kursstufe > Grundlagen elektrischer, magnetischer und schwerer Felder)

Versuche und Beispiele

Eisenspäne und Grießkörnchen

Aufbau Eisenspäne

  • Einen Scheibenmagnet in viele kleine Eisenteile, wie Nägel eintauchen.
  • Stabmagnete in Eisenspäne tauchen und verschiedene Pole einander nähern.

Beobachtung Eisenspäne

Aufbau Grießkörnchen

Handelsüblicher Grieß und Rizinusöl werden in eine Petrischale gegeben. Verschieden geformte Elektroden werden in die Grieß-Öl-Mischung eingetaucht und an einem Hochspannungsgenerator (<12kV) oder eine Influenzmaschine (Wimshurstmaschine) angeschlossenen. Dann wird der Generator eingeschaltet (Vorsicht!) oder gekurbelt.

Beobachtung Grießkörnchen

Die einzelnen Grießkörner ordnen sich nach und nach auf bestimmten Linien an. Die Linien sind je nach Elektrodenform unterschiedlich. Teilweise werden die Körnchen zu den geladenen Polen gezogen, wodurch sich die "Grießlinien" verschieben.

Die Linien treffen fast immer senkrecht auf die Ränder der Elektroden auf. Auffallend ist auch die enorme Ansammlung an "Linienenden" an der Spitze der Elektrode.

Erklärung

Die influenzierten Grießkörnchen richten sich aus und bilden Ketten.
Bei Eisenspänen im Magnetfeld ergibt sich das gleiche Bild.

Durch das Magnetfeld werden die kleinen Eisenstücke magnetisiert, sie erhalten einen Nord- und einen Südpol. Sie verhalten sich wie ein kleiner Kompass und richten sich parallel zu den Feldlinien aus. Die ausgerichteten Eisenstückchen "kleben" nun aneinander und bilden Ketten.

Durch den Generator oder die Influenzmaschine werden elektrische Ladungen verschoben und die Elektroden laden sich positiv und negativ auf. Dadurch entsteht auch ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden. Durch dieses werden die Grießkörner zu Dipolen influenziert, die Grießkörner bleiben also neutral, aber innerhalb der Körner gibt es eine Ladungsverschiebung. Die Körner richten sich parallel zu den Feldlinien aus und "kleben" aneinander. Die Grießkörner "zeichnen" uns so einzelne Feldlinien.

Ein Kompass

Aufbau

Kompassnadel und kardanisch gelagerten Magnet in ein Feld bringen.

Viele Kompasse

Aufbau

Man legt einen oder zwei Stabmagnete auf eine "Kompassmatrix".

Beobachtung

Ein "elektrischer Kompass"

Aufbau

Eine Hantel im Kondensator

Beobachtung

Videos der Uni Würzburg aus dem Videoarchiv.

Ein starker Magnet

Aufbau

Nägel in der Nähe eines starken Hornmagneten. "Drankleben" oder mit einem (!) Finger im Gleichgewicht halten

Beobachtung

Nägel drehen sich und werden zum "stärkeren Teil des Feldes" gezogen

Ein frei schwimmender Kompass

Aufbau

a) Wie bei dem schwimmenden Magneten, aber der Magnet ist kürzer und die Verbindungslinie zwischen Nord- und Südpol ist diesmal parallel zur Wasseroberfläche.

b) Man verwendet einen kleinen Nagel statt dem Magneten.

Ergebnisse

  • Elektrisch neutrale Gegenstände werden in einem elektrischen Feld zu einem elektrischen Dipol influenziert, indem sich Ladungen verschieben.
Magnetisierbare Gegenstände werden in einem magnetischen Feld zu einem magnetischen Dipol influenziert, indem sich die Elementarmagnete ausrichten.
Gravitative, schwere Dipole gibt es nicht, weil es nur eine Art von Masse gibt.
  • Dipole richten sich in einem Feld parallel zu den Feldlinien aus.
  • In einem homogenen Feld heben sich die auf den ausgerichteten Dipol wirkenden Kräfte auf.
In einem inhomogenen Feld wird der ausgerichtete Dipol in Richtung der größeren Feldstärke gezogen.
Die Kraftrichtung auf den Dipol hat keinen bestimmten Winkel zu den Feldlinien.