Elektromagnetisches Feld

Gesamtkurs A

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Elektrisches Feld

* In einem Kondensator wird elektrische Energie gespeichert * Die einfachste Art eines Kondensators ist der *Plattenkondensator*
Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. <p>Ein Diagramm zeigt zwei schwarze vertikale Linien, die durch eine Reihe von parallelen, horizontal verlaufenden orangen Linien mit Pfeilspitzen verbunden sind. Die Pfeile zeigen von links nach rechts. Links und rechts der vertikalen Linien sind dickere schwarze Linien horizontal dargestellt."> <figcaption>Abbildung NEA-7.1.1: Homogenes Feld in einem Plattenkondensator</figcaption></p> </figure> </div> </section> <section><ul> <li>An zwei elektrisch leitenden Platten wird jeweils der Plus- und Minus-Pol angeschlossen</li> <li>Zwischen den Platten baut sich ein homogenes elektrisches Feld (<em>E-Feld</em>) auf</li> <li>Elektrische Feldstärke: $E = \dfrac{U}{d}$ in $V/m$</li> <li>Mit $d$ als Abstand der Platten </left></li> </ul> <div class=
Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. <p>Ein Diagramm zeigt zwei schwarze vertikale Linien, die durch eine Reihe von parallelen, horizontal verlaufenden orangen Linien mit Pfeilspitzen verbunden sind. Die Pfeile zeigen von links nach rechts. Links und rechts der vertikalen Linien sind dickere schwarze Linien horizontal dargestellt."> <figcaption>Abbildung NEA-7.1.1: Homogenes Feld in einem Plattenkondensator</figcaption></p> </figure> </div> <aside class= * homogen Feld: gleichgerichtetes Feld, da alle Feldlinien in gleicher Richtung verlaufen * Die Kapazität wird erst in Klasse A berechnet
* Bei einem Wickelkondensator wird zwischen den beiden Platten als Metallbeläge ein Isolator als *Dielektrikum* eingebracht * Vorteile: platzsparend und größere Plattenfläche möglich
1) Kurzbeschreibung: Schematische Darstellung eines zylindrischen Wickels mit übereinanderliegenden Lagen aus jeweils zwei Schichten, die mit „Metallbeläge“ und „Dielektrikum“ beschriftet sind. <ol start=
  • Ausführliche Beschreibung: Links ist ein großer, zylindrischer Wickel aus übereinanderliegenden Lagen dargestellt, der spiralförmig aufgerollt ist. Der Wickel ist mit „Wickel“ beschriftet. Das äußere, abgerollte Ende des Wickels weist nach rechts. Auf ihm sind zwei mit „Metallbeläge“ beschriftete Schichten zu sehen, die jeweils auf diese Schichten überragende Lagen aufgebracht sind. Diese an den Seiten überragenden Schichten sind mit „Dielektrikum“ beschriftet. Die innere Lage mit dem Dielektrikum und dem darauf aufgebrachten Metallbelag ist zwecks Sichtbarmachung der äußeren Lage mit einer gezackten Linie am Ende der Lage markiert.">
    Abbildung NEA-7.1.1: Schematische Darstellung eines Wickelkondensators

    • Lösungsweg

    Der Trick ist hier, dass die Durchschlagsfestigkeit die elektrische Feldstärke $E$ ist.

    • Gegeben: $d = 0,15 mm$ und $E = 400 kV/cm$
    • Gesucht: $U$
    • Lösung:

    $E = \frac{U}{d} \Rightarrow U = E\cdot d$ $U = 400 \cdot \frac{10^3 V}{\qty{10^{-2}}{\meter}}\cdot 0,15e-3 m$ $U = 6e3 V = 6 kV$

    * An einer Antenne entstehen ebenso elektrische Feldlinien * Die Feldlinien einer Vertikalantenne verlaufen vom "positiven Ende" zur Erde
    Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. <p>Kurzbeschreibung: Schematische Zeichnung eines vertikalen Leiters mit eingefügter Spule über einer als „Erde“ beschrifteten Fläche, umgeben von orangefarbenen, bogenförmigen Linien mit der Beschriftung „E“.</p> <p>Detailbeschreibung: In der Bildmitte verläuft eine senkrechte schwarze Leitung; unten endet sie in einem schwarzen Punkt auf einer horizontalen, grau verlaufenden Fläche, die mittig mit „Erde“ beschriftet ist. Oben endet die Leitung in einem weiteren schwarzen Punkt. Etwa mittig in der Leitung ist ein Spulensymbol (Induktivität) dargestellt, erkennbar an mehreren kleinen, halbkreisförmigen Windungen. Um die Leitung herum sind zahlreiche orangefarbene, geschlossene, bogenförmige Linien eingezeichnet; sie wölben sich oben über dem oberen Punkt und laufen seitlich nach unten zur grauen Fläche. Unterhalb der grauen Fläche setzen sich die Linien als gestrichelte Bögen fort. Rechts neben den Linien steht der Text „E“ mit einem kurzen Strich, der auf eine der orangefarbenen Linien zeigt. Weitere Achsen, Werte oder Beschriftungen sind nicht vorhanden."> <figcaption>Abbildung NEA-7.1.1: Feldlinien an einer Vertikalantenne</figcaption></p> </figure> </div> <aside class= * Für die Klasse E reicht die Erkennung aus

    Magnetisches Feld

    * Fließt Strom durch einen Leiter, bilden sich konzentrische, magnetische Felder um den Leiter
    Grafik eines stromdurchflossenen Leiters mit konzentrischen magnetischen Feldlinien kommt noch
    * Wird ein stromdurchflossener Leiter zu einer Zylinderspule aufgewickelt, entsteht im inneren ein homogenes magnetisches Feld (*H-Feld*) * Eine Spule speichert magnetische Energie
    1) Kurzbeschreibung: Schematische Darstellung einer zylindrischen Spule mit sieben Windungen und zwei Anschlusspunkten. <ol start=
  • Ausführliche Beschreibung: Die Abbildung zeigt eine Spule mit sieben Windungen, die an beiden Enden jeweils einen Anschlusspunkt hat. Die Windungen selbst sind innerhalb der Spule durch gestrichelte Linien angedeutet. Durch die gesamte Spule verlaufen von links nach rechts sechs hellgraue Linien.">
    Abbildung NEA-7.2.1: Magnetische Feldlinien in einer Zylinderspule
    • * Einheit: $A/m$
    * Leiter wird auf einen magnetisch leitenden Ringkern gewickelt, z.B. Eisen * Vorteile: Platzsparend und stabiler
    1) Kurzbeschreibung: Ein großer, grauer Ring ist mit einem Leiter mit sieben Windungen umwickelt, dessen Enden über den Ring nach unten hinausragen. <ol start=
  • Ausführliche Beschreibung: In der Bildmitte befindet sich ein breiter, hellgrauer Ring mit einer weißen, runden Öffnung in der Mitte. Dieser Ring ist mit einem Leiter mit sieben Windungen umwickelt, dessen Enden im unteren Teil der Abbildung schräg nach links und rechts aus dem Ring heraus verlaufen. Es gibt keine Achsen, Skalen, Beschriftungen oder Text.">
    Abbildung NEA-7.2.1: Ringkernspule
    • Magnetische Feldstärke $H = \dfrac{I\cdot N}{l_m}$ in $A/m$
    • mit $N$ als Wicklungsanzahl und $l_m$ mittlere Länge des Rings
    1) Kurzbeschreibung: Ein großer, grauer Ring ist mit einem Leiter mit sieben Windungen umwickelt, dessen Enden über den Ring nach unten hinausragen. <ol start=
  • Ausführliche Beschreibung: In der Bildmitte befindet sich ein breiter, hellgrauer Ring mit einer weißen, runden Öffnung in der Mitte. Dieser Ring ist mit einem Leiter mit sieben Windungen umwickelt, dessen Enden im unteren Teil der Abbildung schräg nach links und rechts aus dem Ring heraus verlaufen. Es gibt keine Achsen, Skalen, Beschriftungen oder Text.">
    Abbildung NEA-7.2.1: Ringkernspule
    • * An einer Antenne wirkt das Magnetfeld um den Leiter * Hier an einer Vertikalantenne konzentrisch um die Antenne
    1) Kurzbeschreibung: Schematische Darstellung eines vertikalen Leiters über einer mit „Erde“ beschrifteten Bodenfläche und mit einer in der Mitte eingefügten Spule; vertikale Feldlinien zwischen beiden Enden des Leiters und große konzentrische horizontale Ringe um die Feldlinien mit Kennzeichnung durch „X“. <ol start=
  • Ausführliche Beschreibung: Die Abbildung zeigt einen vertikalen Leiter über einer mit „Erde“ beschrifteten Bodenfläche und mit einem in der Mitte vertikal eingefügten Schaltzeichen aus fünf nach links gerichteten Halbbögen (Spule). Zwischen beiden Enden des vertikalen Leiters verlaufen vertikale Linien (Feldlinien), um die große konzentrische horizontale Ringe eingezeichnet sind. Diese sind mit „X“ gekennzeichnet.">
    Abbildung NEA-7.2.1: Magnetfeld an einer Vertikalantenne

    • Elektromagnetisches Feld

    • Fließt ein zeitlich veränderlicher Strom durch einen Leiter, z.B. eine Antenne, entsteht sowohl ein elektrisches als auch ein magnetisches Feld
    • Dieses wird als elektromagnetisches Feld bezeichnet
    • Die beiden Felder stehen in einem $90 °$-Winkel zueinander
    Dieser Alt-Text wurde noch nicht überprüft. <ol> <li> <p>Kurze Zusammenfassung: Schematische Zeichnung mit einem senkrechten schwarzen Leiter über einer als „Erde“ beschrifteten Fläche, umgeben von grünen konzentrischen Kreislinien mit dem Label „H“ und orangefarbenen Linien mit dem Label „E“, die oben bogenförmig und unten gestrichelt dargestellt sind.</p> </li> <li> <p>Detaillierte Beschreibung: Unten verläuft ein horizontaler grauer Balken mit Verlauf, mittig schwarz beschriftet „Erde“. Aus der Mitte des Balkens führt eine senkrechte schwarze Linie nach oben; an ihrem unteren Ende (auf der „Erde“) und am oberen Ende sitzt jeweils ein schwarzer Punkt. Etwa im unteren Drittel der Linie befindet sich ein kleines Spulen‑Symbol (mehrere aneinandergereihte Halbkreise) auf dem Leiter. Um den Leiter liegen mehrere grüne, geschlossene, konzentrische, leicht elliptische Kreislinien; neben einer dieser Linien steht die Beschriftung „H“. Rechts davon befindet sich ein kurzer schwarzer Strich mit der Beschriftung „E“. Mehrere orangefarbene Linien verlaufen symmetrisch links und rechts: Sie treffen sich oben bogenförmig am oberen Punkt des Leiters, laufen dann nahezu parallel nach unten bis zur „Erde“ und setzen sich unterhalb der „Erde“ als gestrichelte, halbkreisförmige Linien fort. Die Darstellung ist insgesamt achsensymmetrisch um den zentralen Leiter."></p> <figcaption>Abbildung NEA-7.3.1: Elektrisches und magnetisches Feld an einer Antenne</figcaption> </li> </ol> </figure> </div> </section> <section></section> <section></section> <section></section> </section> <section data-background-color=

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