[Physik] Helmholtz-Spulenpaar?
Guten Tag,
ich benötige hier noch ein wenig Hilfe, um die Fragen hier richtig zu verstehen. Ich freue mich sehr auf eure ausführlichen und leicht verständlichen Antworten.
- Ich würde mich zu allen 3 Fragen sehr auf eine jeweilige Erklärung freuen
[Frage 1]
[Frage 2]
[Frage 3]
1 Antwort
1 Kreisbahn, da Lorentzkraft als Zentripetalkraft (auf den Kreismittelpunkt gerichtet) wirkt
2 Zerlege die Bewegung in eine Komponente senkrecht und eine parallel zum Feld. Die senkrechte bewirkt eine Kreisbahn, die parallele wird nicht beeinflusst. Zusammen ergibt sich so die Schraubenbahn.
3 Da die Geschwindigkeit abnimmt wird auch die Lorentzkraft und damit die Zentralkraft abnehmen.
Kannst du mir vielleicht ganz genau die Unterschiede der drei Fragen erklären? Frage 1 und 2 sieht für mich identisch aus vom Eimschuss der Elektronen her. Und bei einem homogenen Mahnetfeld müsste doch der Ort des Einschusses egal sein, oder? Ich verstehe leider noch nichts davon.
Frage 1: Einschuss senkrecht zu den Magnetfeldlinien mit betragsmäßig konstanter Geschwindigkeit: Die Lorentzkraft steht senkrecht zur Bewegungsrichtung, ist betragsmäßig kontant und bewirkt eine Kreisbahn (zu deren Zentrum sie gerichtet ist).
Frage 2: Einschuss schräg zu den Feldlinien. Zerlegung in senkrechte und parallele komponente der Geschwindigkeit erklärt zunächst eine Kreisbahn wie 1, die parallele Komponente wird aber durch das B-Feld nicht beeinflusst, so dass zusätzlich zur Kreisbahn die parallele Komponente der Geschwindigkeit bleibt, es entsteht (zusammengesetzt) die Schraubenbahn.
Frage 3: Die Geschwindigkeit und damit die Lorentzkraft nimmt ab. Durch die schwächer werdende Zentralkraft entsteht eine Spiralbahn.
Frage 1: Einschuss senkrecht zu den Magnetfeldlinien mit betragsmäßig konstanter Geschwindigkeit: Die Lorentzkraft steht senkrecht zur Bewegungsrichtung, ist betragsmäßig kontant und bewirkt eine Kreisbahn (zu deren Zentrum sie gerichtet ist).
- Woher weiß ich, in welche Richtung die „Magnetfeldlinien“ zeigen? Es handelt sich doch um ein homogenes Magnetfeld 🤔 Kannst du mir das mit den „Magnetfeldlinien“ vielleicht erklären?
- Ich würde hierfür die linke Hand verwenden und die Finger außer den Daumen in Stromrichtung bringen und dann zeigt der Daumen in +y-Richting. Somit ist die Richtung der magnetischen Feldlinien von -y nach + y, richtig?
- Die Elektronen werden also senkrecht zu den magnetischen Feldlinien eingeschossen.
- Unf diese Kraft nennt man jetzt die Lorentzkraft?
- Aber wie weiß ich nun, dass die Elektronen einen Kreis durchlaufen?
- Es wirkt also überall dazwischen ein homogenes Magnetfeld mit den magnetischen Feldlinien von -y in +y-Richtung? Ich verstehe das leider noch nicht wirklich gut. 🤯
- Woher weiß ich, in welche Richtung die „Magnetfeldlinien“ zeigen? Es handelt sich doch um ein homogenes Magnetfeld 🤔 Kannst du mir das mit den „Magnetfeldlinien“ vielleicht erklären?
- Ich würde hierfür die linke Hand verwenden und die Finger außer den Daumen in Stromrichtung bringen und dann zeigt der Daumen in +y-Richting. Somit ist die Richtung der magnetischen Feldlinien von -y nach + y, richtig?
Schau dir den link an
- Die Elektronen werden also senkrecht zu den magnetischen Feldlinien eingeschossen.
- Unf diese Kraft nennt man jetzt die Lorentzkraft?
Lorentzkraft ist allgemein die, die auf bewegte Ladungen wirkt. Sie steht senkrecht zum Feld und zur Bewegungsrichtung der Ladung (kann man über Kreuzprodukt berechnen oder über UVW Regel der Hand Richtung bestimmen)
- Aber wie weiß ich nun, dass die Elektronen einen Kreis durchlaufen?
Für eine Kreisbewegung braucht man eine Zentripetalkraft, die zu einem Zentrum wirkt und betragsmäßig konstant ist. Hier ist das die Lorentzkraft (bei einem Erdsatelliten ist das die Gravitationskraft.)
- Es wirkt also überall dazwischen ein homogenes Magnetfeld mit den magnetischen Feldlinien von -y in +y-Richtung? Ich verstehe das leider noch nicht wirklich gut.
link ansehen
Vielen Dank für den hilfreichen Link. Ich habe noch eine Frage bezüglich der Hand zur Bestimmung der magnetischen Feldlinien.
Folgendes steht in meinen Schulunterlagen:
Restliche Finger der rechten Hand
-> technische Stromrichtung
Daumen der rechten Hand
-> Richtung der magn. Feldlinien
.
Betrachtet man die Richtung der Elektronen (entgegengesetzt zur technischen Stromrichtung), verwendet man die linke Hand!
Nun stelle ich mir die Frage, woran ich erkenne, ob ich nun die linke oder die rechte Hand benutzen muss. Denn woher weiß ich, ob bei der Darstellung die technische Stromrechnung oder die Richtung der Bewertung der Elektronen gezeigt wird? In der Darstellung steht ja immer „I ->“. Handelt es sich dabei um die technische Stromrechnung oder um die Richtung der Bewegung der Elektronen?
Okay. Nehmen wir an, wir haben ein Helmholtz-Spulenpaar. Die linke Spule ist mit + und die rechte Spule mit - beschriftet. In der Darstellung zeigen die magnetischen Feldlinien nach rechts. Wir nehmen an, die magnetischen Feldlinien sind nicht gegeben, und wir möchten diese bestimmen.
Um die Richtung der magnetischen Feldlinien zu bestimmten, verwenden wir die rechte Hand. Die restlichen Finder der rechten Hand zeigen also in die Technische Stromrechnung. Und das hat in diesem Fall doch nichts mit dem angegebenen + und - zu tun, oder? Denn die restlichen Finger der rechten Hand müssen nun in die technische Stromrechnung der Helmholtz-Spulenpaare zeigen, das war meine Frage vorher. Und dann zeigt der Daumen in die Richtung der magnetischen Feldlinien.
Wie weiß ich also nun, was die technische Stromrechnung der Spulen ist bzw. was die Richtung der Bewegung der Elektronen ist?
In der Darstellung steht ja immer „I ->“. Handelt es sich dabei um die technische Stromrechnung oder um die Richtung der Bewegung der Elektronen?
Das Video hat leider nichts mit meiner Frage zu tun. Meine Frage bezieht sich nur um die Feststellung der Richtung der magnetischen Feldlinien beim Helmholtz-Spulenpaar. Hierfür verwendet man nicht die 3-Finger-Regel.
Jede Spule hat zwei Anschlüsse. Und ebenso hat die Stromquelle zwei. Beim - Pol kommen die Elektronen raus (denn die sind negativ geladen) und gehen (hier nach dem Durchlaufen der Spulen) zum + Pol wieder rein. Das ist dann die tatsächliche Stromrichtung weil sich die negativen Ladungen in dieser Richtung bewegen.
In der Abbildung in der Mitte ist es die technische Stromrichtung, da die Pfeile von + (in die Runde, dann durch die zweite mit gleichem Drehsinn) nach - gehen.
Und die technische Stromrechnung entspricht hier immer der Richtung der magnetischen Feldlinien? Du gehst leider gar nicht auf meine Fragen ein…
Wie weiß ich also nun, was die technische Stromrechnung der Spulen ist bzw. was die Richtung der Bewegung der Elektronen ist?
Es geht um die technische Stromrechnung der Spulen und nicht zwischen den Spulen.
Folgendes steht in meinen Schulunterlagen:
Restliche Finger der rechten Hand
-> technische Stromrichtung
Daumen der rechten Hand
-> Richtung der magn. Feldlinien
.
Betrachtet man die Richtung der Elektronen (entgegengesetzt zur technischen Stromrichtung), verwendet man die linke Hand!
Verstehst du diese Regel? Genau darauf bezieht sich die ganze Zeit meine Frage. Es geht um die technische Stromrechnung der Spulen und nicht zwischen den Spulen.
Technische Stromrichtung ist von + nach -, tatsächliche von - nach +. Dementsprechend nach deinen Notizen mal rechte, mal linke Hand. Was sit daran unverständlich??
Abbildung in der Mitte
Man hält seine restlichen Finger der rechten Hand in die Richtung der Spule, in die die technische Stromrichtung zeigt. Und die technische Stromrichtung der Spulen ist nicht durch das + und - ersichtlich. Sondern durch die Pfeilrichtung an den Spulen. Die Pfeilrichtung von „I->“. Oder nicht?
Was verstehst du unter "Richtung der Spule"?
Schau dir die Abbildung
an, da kannst du die Windungsreichtung erkennen.
Eine Zylinderspule ist etwas vollkommen anderes als das Helmholtz-Spulenpaar??? Lass uns das hier einfach sein, das bringt glaube ich nichts. Du beziehst dich die ganze Zeit auf die Zylinderspule und verstehst nicht, dass ich mich nur auf das Helmholtz-Spulenpaar beziehe.
Für manche Experimente benötigt man ein annähernd homogenes Magnetfeld, wie es in einer Zylinderspule gegeben ist. Zusätzlich soll dabei der Raum des homogenen Magnetfeldes ungestört von außen beobachtbar sein. Da bei der Zylinderspule die Windungen den seitlichen Blick auf den homogenen Feldbereich verwehren, erdachte der deutsche Physik Hermann von HELMHOLTZ (1821–1894) eine Anordnung, welche dieses Problem löst. HELMHOLTZ stellte zwei flache, kreisförmige Spulen mit dem Radius im Abstand auf (vgl. Abb. 1). Dadurch entsteht in der Mittelebene des Spulenpaars ein annähernd homogenes Magnetfeld.
Meinegüte, den Elektronen ist es egal, ob sie durch den Draht in einer Helmholtzspule oder einer Zylinderspule fließen, wenn sie ein Magnetfeld erzeugen. Denach ist es nicht etwas völlig anderes. In einem stimme ich dir zu: das bringt hier offensichtlich nichts.
Ich habe dieses Schuljahr meine Abiturprüfungen geschrieben und ich schreibe noch eine Klassenarbeit in Physik.
Das verstehe ich leider noch nicht so wirklich… Kannst du es mir vielleicht nochmal so ausführlich wie möglich erklären? 🤯 Kennst du vielleicht ein gutes Video, wo das erklärt wird?