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Schulphysik und verwandte Themen Das ideale Forum für Einsteiger. Alles, was man in der Schule mal gelernt, aber nie verstanden hat oder was man nachfragen möchte, ist hier erwünscht. Antworten von "Physik-Cracks" sind natürlich hochwillkommen!

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  #1  
Alt 24.08.08, 14:45
Slash Slash ist offline
Profi-Benutzer
 
Registriert seit: 30.07.2008
Beitr?ge: 441
Standard Kollabierendes Magnetfeld

Hallo !

Nun wieder eine Frage, die mich wirklich schon sehr lange beschäftigt .

Wenn man bei einer Spule (Induktivität) eine Spannung anlegt bzw. einen Strom fließen lässt, dann "heisst es", die "Energie sei im Magnetfeld gespeichert". (Analog zum Kondensator, wo die Energie im E-Feld gespeichert ist).

Es baut sich ein Magnetfeld auf. Das ist einleuchtend.

Hört man auf, die Spannung anzulegen und bspw. die Sache kurzzuschließen. Gibt es ggf. einen kleinen Funken und das Magnetfeld "bricht zusammen" (ggf. ist der Ausdruck nicht richtig) und es wird eine Spannung induziert und ein Strom fließt über den Widerstand, über den ich die Spule kurzgeschlossen habe.

Das ganze integriert über die Zeit (Strom und Spannung jeweils) ergibt meine Energie.... (richtig?) ...

Hm.... so jetzt meine Frage: Das Magnetfeld ist doch unendlich groß bzw. breitet sich mit Lichtgeschwindigkeit ins ganze Universum aus. Beim Zusammenbruch des Magnetfelds "müssen doch die ganzen Feldlinien" wieder "eingesammelt" werden????!!! Und ist nicht ein kleiner Betrag für immer draußen im Universum "verloren"???? Den kann man doch nicht wieder zurückholen

Also ggf. geh ich auch total falsch die Sache und die Vorstellung ran ..

Ich hab mich einfach schon seit der Schule nicht damit zufrieden gegeben, dass es heisst, die Energie sei im Magnetfeld und wenn es zusammenbricht, dann gibt die Spule die Energie wieder zurück, weil "in meiner Vorstellung" das Magnetfeld sich ja mit Lichtgeschwindigkeit von der Spule wegbewegt....



(Vielleicht ist der Anteil, der verloren geht auch in Form einer EM-Welle zu verstehen...)

PS: In dem Beispiel meine ich natürlich nur ideale Spulen, Widerstände, etc.

VG

Slash
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  #2  
Alt 24.08.08, 19:42
Benutzerbild von Uranor
Uranor Uranor ist offline
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Registriert seit: 01.05.2007
Beitr?ge: 2.428
Standard AW: Kollabierendes Magnetfeld

salve Slash,

ich versuch das mal in Analogie mit der Taschenlampe darzustellen. Also, so lang sich die el. Ladung bewegte, baute sich das Magnetfeld auf, breitete sich aus. Das entspricht dem eingeschalteten Licht an der Lampe. Nun knipse ich die Lampe aus. Das veranlasst kein "Zurückholen der erfolgten Anregung des elMag-Feldes. Die Ausbreitung der erfolgten Feldanregung erfolgt mit c. Nach dem Abschalten kommt keine weitere Feldanregung dazu. Analog wird sich das mag-Feld verhalten. Nach dem Ende der Spulenspeisung endet die weitere Anregung des mag-Feldes. Die bereits erfolgte Anregung hat aber Impuls und breitet sich weiter aus.


Der Funke ist eine el-Situation, der Abriss-Funke. Die erfolgende Vorzündung des Blitzweges folgt den sich voneinander entfernenden Kontakten. Die Kapazität C erhöht sich. Die Kondensator-Situation (genauer RLC-Glied) baut bis zum völligen Abriss immer höhere Spannung auf. Der Funke ist ein sich intensivierender Blitz. - Drum ist schnelles Abschalten kontaktschonend. Bei Hochspanung wird das im Schaltschütz via Pressluft erreicht. Daher der satte Donnerschlag, wenn ein Schütz geschaltet wird.

Gruß Uranor
__________________
Es genügt nicht, keine Gedanken zu haben. Man sollte auch fähig sein, sie auszudrücken.
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  #3  
Alt 24.08.08, 20:24
Benutzerbild von EMI
EMI EMI ist offline
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Registriert seit: 12.05.2008
Ort: Dorsten
Beitr?ge: 2.564
Standard AW: Kollabierendes Magnetfeld

Zitat:
Zitat von Slash Beitrag anzeigen
Ich hab mich einfach schon seit der Schule nicht damit zufrieden gegeben, dass es heisst, die Energie sei im Magnetfeld und wenn es zusammenbricht, dann gibt die Spule die Energie wieder zurück, weil "in meiner Vorstellung" das Magnetfeld sich ja mit Lichtgeschwindigkeit von der Spule wegbewegt....
Hallo Slash,

Um das Magnetfeld zu erhalten hast Du ja eine Batterie angeschlossen. Das heißt, das die Energie die "verloren" geht durch die Batterie nachgeliefert wird.
Die im mag.Feld gespeicherte Energie wird dadurch konstant gehalten.
Unterbricht man den Stromfluß durch Abschalten ändert sich das Magnetfeld schlagartig dI/dt.
Ein sich änderndes mag.Feld induziert eine Spannung U=L*dI/dt (L=Induktivität der Spule) die der Änderung entgegenwirkt.
Diese induzierte Spannung(Hochspannung) ist viel größer wie die der Batterie und andersrum gepolt. Derhalb entsteht auch der Abrissfunken(Hochspannung) im Schalter.

Gruß EMI
__________________
Sollen sich auch alle schämen, die gedankenlos sich der Wunder der Wissenschaft und Technik bedienen, und nicht mehr davon geistig erfasst haben als die Kuh von der Botanik der Pflanzen, die sie mit Wohlbehagen frisst.
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  #4  
Alt 24.08.08, 21:51
Slash Slash ist offline
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Registriert seit: 30.07.2008
Beitr?ge: 441
Standard AW: Kollabierendes Magnetfeld

Hallo,

danke für die Antworten! Mir ging es vor allem, wenn die Spule noch gar nicht gesättigt ist (das Magnetfeld sich also noch nicht voll aufgebaut hat) und wenn man dann die beiden Schalter S1 und S2 gleichzeitig umlegt. (Alles mit idealen Bauteilen).

Habe wie ich es meine ein Bild angehängt (hab später auch noch eins unter http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Au...dung_Spule.png
gefunden).

Ich frage mich, wie das Magnetfeld die Energie wieder ganz zurückgeben kann (oder gibt es sie doch nicht ganz zurück, weil ein Teil ins "Unendliche" entwichen ist??)



Angeh?ngte Grafiken
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  #5  
Alt 25.08.08, 05:54
Slash Slash ist offline
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Registriert seit: 30.07.2008
Beitr?ge: 441
Standard Magnetfeld

Hallo EMI,

ich meinte natürlich nur ideale Bauteile - also ganz theoretisch (ohen Wärmeverluste, etc.)

Ich frage mich nur, ob ich vom zusammengebrochenen Magentfeld (beispielsweise nach Tau als Zeitkonstante aufladen und Tau Abladung) durch die Abladung / Zusammenbruch des Magnetfelds genau so viel Energie zurückerhalte, wie ich hineingesteckt habe (obwohl doch das Magnetfeld ins Unendliche entwichen ist - (so meine (jetzige) Vorstellung)).



Beim Kondensator ist es mir ein bisschen "einleuchtender", dass sich das E-Feld zwischen den Platten (im Idealfall natürlich nur, da die Ränder der Platten ja auch E-Feldlininen nach außen in "Bögen" haben) befindet.

...



VG Slash
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  #6  
Alt 26.08.08, 18:24
Slash Slash ist offline
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Registriert seit: 30.07.2008
Beitr?ge: 441
Standard AW: Kollabierendes Magnetfeld

Hallo EMI,

vielen Dank, dass du (überhaupt) antwortest.

Hm... also ich meinte nicht den "stationären" Fall, wo der Strom "lange" fließt, sondern höchstens so im Zeitraum 0...Tau (Zeitkonstante aus R und L).

Ja, ich frage mich auch, warum / ob Energie durch das sich ausweitende Magnetfeld verloren wird.

Andererseits : Beim RLC - Schwingkreis geht die Schwingungen doch (theoretisch natürlich nur) auch unendlich lange, vorausgesetzt R ist gleich unendlich, d.h. R ist das dämpfende Glied und die Energie wird zwischen Spule und Kondensator beliebig oft (ohne Verlust im theoretisch idealen Fall) hin und hergeschickt (auch unter der Annahme, dass die Leitungsleitung zur Frequenz des Schwingkreises so klein sind, dass sich keine EM-Wellen ablösen, also bspw. ein Schwingkreis mit T=1 sec (f= 1 Hz) 10 cm als größte Leitungslänge).

Hm... also wie gesagt, so wie ich es bisher Verstand gibt der geladene Kondensator seine Energie (wenn er ein idealer Kondensator ist) wieder vollständig zurück (was mir einleuchtet, weil der Kondensator im Idealfall das E-Feld zwischen seinen Platten hat), die Induktivität dagegen hat ihr Magnetfeld um sich herum mit unendlich großer Ausdehnung (bzw. mit sich mit lichtgeschw. ausbreitender Ausdehnung) - und wie kommt die darin enthaltene Energie wieder zurück?



VG

Slash
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  #7  
Alt 26.08.08, 21:29
Slash Slash ist offline
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Registriert seit: 30.07.2008
Beitr?ge: 441
Standard AW: Kollabierendes Magnetfeld

Hallo EMI,

vielen Dank, das hat es gut erklärt! (Anm.: Die grundlegenden Prinzipien des Schwingkreises sind mir schon bekannt, aber die Frage war für mich, wie die "Energie im "unendlich" großen M-Feld stecken und wieder zurückkommen kann").

Ok, es sind also die Ladungen bzw. ob diese getrennt sind (und dabei ggf. "still" stehen) bzw, ob sie sich bewegen.

Hm... ok, also streng genommen wird dann doch eine (schwache) EM-Welle immer abgegeben (weil ja "etwas" oszilliert).

Hm..... also die Ladungen bewegen sich ... aber es ist nicht die Massenträgheit der Elektronen, die die Spannung beim "Abbremsen" induziert (oder etwa doch?), sondern das Magnet (das inzwischen aber sich bis zum Mond ausgedehnt hat).... Mist .... jetzt bin ich schon wieder weg.... ....
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  #8  
Alt 27.08.08, 12:34
Benutzerbild von richy
richy richy ist offline
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Standard AW: Kollabierendes Magnetfeld

Hi slash
ALs Zusatz
Formell gilt an der Spule
U=L*di/dt
Strom und Spannung sind 90 Grad phasenverschoben => nur Scheinleistung,
Wenn du den Strom abrupt an der Spule abschaltest wird eine unendlich hohe Spannung induziert. Prkatisch ein Peak, Puls. Das Magnetfeld bricht sofort zusammen.
Aufgrund des Widerstandes wird dieser zu einem abklingenden Strom gedaempft.
Ein LR Glied ist kein Schwingkreis. Dazu benoetigt man 2 Energiespeicher L und C.
Das zusammenbrechende Magnetfeld induziert in der Spule eine Spannung :
U=n*dPHI/dt (Induktionsgesetz) (vereinfacht gesehen)
Ein Teil wird wie EMI erklaerte abgestrahlt

Ge?ndert von richy (27.08.08 um 22:50 Uhr)
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  #9  
Alt 27.08.08, 20:18
Slash Slash ist offline
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Registriert seit: 30.07.2008
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Standard AW: Kollabierendes Magnetfeld

Hallo Richy,

vielen Dank auch für deine Antwort.

Das Prinzip des Schwingkreises RLC (mit oder ohne R als dämpfendes Glied) ist mir schon, denke ich, bekannt.

Ich fragte mich nur, wie das Magnetfeld "zusammenbrechen" kann, wo es sich doch mit Lichtgeschwindigkeit von der Spule weg bewegt.

Müssten die Formeln nicht richtigerweise durch den Betrag der Abstrahlleistung ergänzt werden? (Auch wenn dieser sicherlich von geometrischen Größen abhängt).

?

: )

Slash
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  #10  
Alt 27.08.08, 22:07
Benutzerbild von richy
richy richy ist offline
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Standard AW: Kollabierendes Magnetfeld

Hi Slash
Bei einem HF Sender oder Empfaenger stellt die Antenne selbst einen Teil des Schwingkreises dar. Wenn du am Auto die Stabantenne z.B. wegen der Waschanlage einziehst, dann hast du schleichten oder keinen UKW Empfang mehr. Wenn ein Bauteil eine EM Welle absrahlen soll muessen seine Laengen an die die Wellenlaenge der abzustrahlende(n) Frequenz(en) angepasst sein.
EMI hat das passend so ausgedrueckt, dass die Felder sich dazu abschnueren muessen.
Ebsenso ist Uranos Erklaerung richtig dass der Schalter eine Kapazitaet darstellt.
Im Detail wird die Schaltung sehr viel komplexer. Die Spule enthaelt selbst Kapazitaeten und natuerlich auch einen Ohmschen Widerstand.

An der Spule in deinem Schaubild will man keine Abstrahlung.
Praktisch ist es so, dass je hoeher die anregende Frequenz ist, desto leichter wird diese, auch ungewollt abgestrahlt. Deswegen ist es auch eine sehr grosse Ingenieursleistungm dass ein PC ueberhaupt im Ghz Bereich getaktet werden kann.Ohne ein entsprechendes Design der Chips wuerde der PC alle Signale abstrahlen. Und dann waere die Energie wirklich weg.
Keine Funktion.

Gibt es in deinem Schaubild aber ueberhaupt hohe Frequenzen ?
Ich meine schon. Das Betaetigen des Schalters erzeugt idealisiert ein schlagartiges Abschalten des eingepraegten Stromes. Die ideale Spule wirkt wie ein Differenzierer des Stromes. U=L*di/dt. Es entsteht ein Spannungsimpuls.

Nun kann man ein Signal in seine Frequenzanteile zerlegen.
Das Spektrum, die Fouriertransformierte ermitteln.
Die angibt aus welchen Frequenzen von Sinus/Cosinusschwingungen das Signal zusammensetz ist.
Und ein Impuls enthaelt alle Frequenzanteile bis zu hoechten Frequenzen.
Und ein Teil dieser hohen Frequenzen wird tatsaechlich ungewollt abgestrahlt.
Wobei der Widerstand sowie andere Faktiren den Impuls zu einer EXP Funktion glaettet, so dass die hohen Frequenzanzeile geringer sind.
Dass die Anordnung tatsaechlich EM Wellen abstrahlt konnte man frueher
haeufig bemerken als es noch keine Transistorzuendungen gab.
Die Hochspannung wurde ueber eine Spule und einen Unterbrecherkontakt
erzeugt. Fuhr ein Auto oder Moped mit defektem Entstoerkondensator vorbei,
so gab es im TV oder Radiogeraet erhebliche Stoerungen.
Hauptsaechlich aber verursacht durch den Funken am Unterbrecherschalter.

Vor allem wegen dem Widerstand wird der LR Kreis im Link aber kaum eine EM
Welle abstrahlen. Nach Abklingen des Einschatvorgangs bleibt das Magnetfeld in der Spule konstant und ortsfest.
Ueberlege dich einfach mal wie das Feldlinienbild des Magnetfeldes dann dort aussieht.
Die Batterie brauchst du natuerlich auch, weil in R thermische Energie umgesetzt wird.
Und was ich geschrieben habe ist stark idealisiert. Hier stehts genauer :
http://de.wikipedia.org/wiki/Spule_(Elektrotechnik)
http://de.wikibooks.org/wiki/Ing:_Gd...nergiespeicher

Ge?ndert von richy (27.08.08 um 23:39 Uhr)
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