Kapitel 1 : Magnetismus
1.1 Magnete und ihre Wirkungen
1.2 Das magnetische Feld
1.3 Die magnetische Wirkung des Stromes
1.4 Elektromotoren
1.5 Kraft auf stromdurchflossene Leiter
Quellen
Schmöger, Stötzer: "Impulse Physik Klasse 9/10" [ISBN: 978-3-12-772544-5]Klett Verlag : Impulse Physik 9/10
OpenAI : ChatGPT
Microsoft - Bing : Bing - ChatGPT
Wikipedia : Erdmagnetfeld
Wikipedia : Nordpol
1.2 Das magnetische Feld
Sichtbarmachung des magnetischen Feldes
Beobachtung: "Feldlinien"
Die Eisenspäne richten sich zweidimensional nach den "Feldlinien" des magnetischen Feldes des Stabmagneten aus.
Definition: Feldlinien
ChatGPT: "Eine magnetische Feldlinie ist eine gedachte Linie, die den Verlauf und die Richtung eines Magnetfeldes zeigt. Sie verläuft vom Nordpol zum Südpol eines Magneten und schließt sich im Inneren des Magneten. Die Dichte der Feldlinien gibt die Stärke des Magnetfeldes an."
"Magnetische Feldlinien schneiden sich nicht. Um sie sichtbar zu machen, kann man beispielsweise Eisenspäne verwenden."
Ausblick: Feldlinien in drei Dimensionen
Mit einer Magnetfeld-Sonde (Hall-Sensor) kann ein MicroController Richtung und Stärke des Magnetfeldes in Abhängigkeit des Ortes messen. Der Hall-Sensor wird mit drei Schrittmotoren ($Motor_x, Motor_y, Motor_z$) in allen Raumrichtungen um den Stabmagneten bewegt und der MicroController nimmt dabei Betrag $M$, Richtung $R$ und den Ort $X, Y, Z$ des Sensors auf.
Die Darstellung der Messdaten erfolgt in Python/MatPlotLib und sieht ungefähr so aus:
Magnetische Wechselwirkung durch Raum und Zeit
Definition: Magnetische WechselwirkungChatGPT: "Die magnetische Wechselwirkung ist ein Teil der elektromagnetischen Wechselwirkung, die die Kraft zwischen magnetischen Polen beschreibt.
Die magnetische Wechselwirkung ist verantwortlich für Phänomene wie den Magnetismus von Materialien, den Elektromagnetismus und die Induktion.
Die magnetische Wechselwirkung wird durch virtuelle Photonen vermittelt, die sich in der Raum-Zeit bewegen. Die magnetische Wechselwirkung ist schwächer als die elektrische Wechselwirkung, aber stärker als die gravitative Wechselwirkung."
Magnetfeld der Erde
Wikipedia: "Das Erdmagnetfeld durchdringt und umgibt die Erde. Es besteht aus drei Komponenten. Der Hauptanteil des Magnetfelds (ca. 95 %) wird vom Geodynamo im flüssigen äußeren Erdkern hervorgerufen. Dieser Feldanteil unterliegt langsamen zeitlichen Veränderungen. Über große Zeiträume (zehntausende Jahre) hat er an der Erdoberfläche annähernd die Feldform eines magnetischen Dipols, leicht schräg zur Erdachse entwickelt. Dazwischen erfolgen geomagnetische Exkursionen auf einer Zeitskala von Jahrhunderten, die zu „Polsprüngen“ führen können.Ein zweiter Anteil des Erdmagnetfeldes entsteht durch elektrische Ströme in der Ionosphäre und der Magnetosphäre. Er trägt an der Erdoberfläche etwa 1 bis 3 % zum Gesamtfeld bei. Die Ursachen sind einerseits Winde in der Ionosphäre (sq-Effekt), die einen Tages- und Jahresgang zeigen, andererseits Wirkungen des magnetisierten Plasmas des Sonnenwindes, der jenseits der Magnetosphäre herrscht; er staucht sie auf der Tagseite und zieht sie auf der Nachtseite zu einem langen Schlauch. Die so erzeugten magnetischen Stürme führen zu schnellen Schwankungen, die Polarlichter, aber auch Störungen des Funkverkehrs bewirken.
Der dritte Anteil variiert räumlich stark, denn er zeigt höhere Multipol-Komponenten (siehe Geomagnetik). Zeitlich verändert er sich nur in geologischen Zeiträumen. Er besteht in dem Feld der remanenten Magnetisierung in Teilen der oberen Erdkruste z. B. Erzlagerstätten. Diese „Störfelder“ können lokal mehrere Prozent des Gesamtfeldes ausmachen.
Die Magnetisierung ferromagnetischer Einschlüsse in den ältesten irdischen Mineralen, den Zirkonen, zeigt, dass das Erdmagnetfeld bereits vor über vier Milliarden Jahren bestand. In einigen geologischen Formationen lassen sich aus der örtlichen Magnetisierung zahlreiche Polsprünge ablesen (Magnetostratigraphie).
Die Stärke und Richtung des Erdmagnetfeldes variieren mit dem Ort der Messung. Die zur Erdoberfläche horizontale Komponente beträgt in Deutschland etwa 20 Mikrotesla, die vertikale etwa 44 Mikrotesla. Ausgenutzt wird das Erdmagnetfeld z. B. in der geophysikalischen Prospektion und in der Navigation."
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