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D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
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 D2 Verfasst am: 04. Mai 2013 21:55 Titel: Ping Pong mit Ladungen im einen Faradayschen Käfig |
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Meine Frage:
1.Angenommen Faradayscher Käfig ist innen isoliert und eine Ladung übt chaotische Bewegungen im diesen Käfig aus. Kann man außerhalb des F Käfigs Bewegungen dieser Ladung spüren/messen?
2.F-Käfig wird zu einem langen innen isolierten Rohr gezogen, eine freie Ladung im Rohr bewegt sich entland des Rohrs mit konstanter Geschwindigkeit. Kann man diese Bewegung von außen wahr nehmen?
Kann man das Magnetfeld der Ladung messen?
Meine Ideen:
1.Nur beschleunigte Ladungen strahlen.
2.Ich kann mir nicht vorstellen, dass man die gleichmäßig bewegte Ladung innerhalb des Rohres lokalisieren kann, wenn dieses Rohr undurchsichtig ist und keine Röntgengeräte oder andere Geräte die aktiv selbst strahlen verwendet werden.
Aber alle bewegte Ladungen erzeugen ein Magnetfeld. Dumm ist das das Rohr die Ladung nach außen zeigt, bewegt sich aber nicht. Trotzdem muss Magnetfeld entstehen.
Wahrscheinlich können wir ermiteln ob und wie schnell sich die Ladung bewegt, können aber über ihre Position keine Aussage machen.
Dann aber erzeugt so eine bewegte Ladung Magnetfeld entland des ganzen Rohres auf einen Schlag , ist dies zulässig?
P.S.
Vielleicht sollte man so ein Rohr mit bewegter Ladung innen in ein externen Magnetfeld positionieren, dann muss das Rohr quer zum externen Magnetfeld eine Bewegung ausüben.
Oder aber könnte man über einen Voltmeter, angeschlossen an beide Ende des Rohres die Spannung am so einem Rohr messen? Ideen?
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 05. Mai 2013 01:22 Titel: |
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| D2 hat Folgendes geschrieben: | | 1.Angenommen Faradayscher Käfig ist innen isoliert und eine Ladung übt chaotische Bewegungen im diesen Käfig aus. Kann man außerhalb des F Käfigs Bewegungen dieser Ladung spüren/messen? |
Natürlich. Denn das elektrostatische Feld im Außenraum des Käfigs ist abhängig von der Position der Ladung im Innenraum. Wenn man eine genügend empfindliche Messvorrichtung hat, lässt sich die Veränderung des Feldes messen und daraus auf die Bewegung der Ladung schließen.
| D2 hat Folgendes geschrieben: | 2.F-Käfig wird zu einem langen innen isolierten Rohr gezogen, eine freie Ladung im Rohr bewegt sich entland des Rohrs mit konstanter Geschwindigkeit. Kann man diese Bewegung von außen wahr nehmen?
Kann man das Magnetfeld der Ladung messen? |
Natürlich kan man das. Vorausgesetzt, man hat eine genügend empfindliche Messvorrichtung. Jede bewegte Ladung erzeugt ein Magnetfeld, welches kreisringförmig um seine Flugrichtung gerichtet ist. Siehe Biot-Savartsches Gesetz.
Man kann sogar das elektrische Feld messen, eine genügend empfindliche Messvorrichtung natürlich vorausgesezt.
Hier wird wieder einmal der Name des Faraday-Käfigs missbraucht. Ein Faraday-Käfig schirmt seinen Innenraum vor einem externen elektrischen Feld ab, nicht aber den Außenraum vor einem internen elektrischen Feld.
Ein Magnetfeld kann er nicht abschirmen, auch wenn er aus Eisen ist.
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D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
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| D2 Verfasst am: 05. Mai 2013 12:40 Titel: |
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| GvC hat Folgendes geschrieben: | | ..Denn das elektrostatische Feld im Außenraum des Käfigs ist abhängig von der Position der Ladung im Innenraum. Wenn man eine genügend empfindliche Messvorrichtung hat, lässt sich die Veränderung des Feldes messen und daraus auf die Bewegung der Ladung schließen. |
Also ist meine Annahme falsch, dass die Feldlinien auf dem leitenden F-Käfig gleichmäßig verteilt sind?
| D2 hat Folgendes geschrieben: | Kann man diese Bewegung von außen wahr nehmen?
Kann man das Magnetfeld der Ladung messen? |
| GvC hat Folgendes geschrieben: |
Natürlich kan man das. Vorausgesetzt, man hat eine genügend empfindliche Messvorrichtung. Jede bewegte Ladung erzeugt ein Magnetfeld, welches kreisringförmig um seine Flugrichtung gerichtet ist. Siehe Biot-Savartsches Gesetz. ? |
Wie gesagt, wenn die E-Linien gleichmäßig verteilt sind, ist dies unmöglich.
So macht das Gaußsche Gesetz mit Hilfe G.Fläche die die Ladungen umgibt, keine Aussage wie und wo sich diese Ladungen befinden und ob diese sich bewegen.
http://de.wikipedia.org/wiki/Gau%C3%9Fsches_Gesetz
| GvC hat Folgendes geschrieben: |
Hier wird wieder einmal der Name des Faraday-Käfigs missbraucht. Ein Faraday-Käfig schirmt seinen Innenraum vor einem externen elektrischen Feld ab, nicht aber den Außenraum vor einem internen elektrischen Feld.
Ein Magnetfeld kann er nicht abschirmen, auch wenn er aus Eisen ist. |
Mir ist klar, das Magnetfeld nach außen nicht abzuschirmen ist.
Aber über das Magnetfeld kann ich doch keine Ladung genau lokalisieren. Oder denken Sie, ich kann entlang eine F Rohres dieses M-Feld lokal messen?
Wie soll das gehen, die Wände des Rohres sind doch leitend.
Können Sie mir richtigen Verlauf der elektrischen Linien einer einzelnen Ladung Q - außerhalb des F-Rohres auf einer Zeichnung bzw. Link zeigen?
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Lösungen gibt es immer, man muss nur darauf kommen. |
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 05. Mai 2013 14:07 Titel: |
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| D2 hat Folgendes geschrieben: | | So macht das Gaußsche Gesetz mit Hilfe G.Fläche die die Ladungen umgibt, keine Aussage wie und wo sich diese Ladungen befinden und ob diese sich bewegen. |
Das ist nicht ganz richtig. Denn der Gaußsche Satz, so wie Du ihn im Hinterkopf zu haben scheinst, bezieht sich auf symmetrische Anordnungen, bei denen Du Dir eben diese Symmetrie zunutze machst und eine dazu passende Integrationsfläche auswählst. Dabei kennst Du bereits von Vorneherein die Position der Ladung(en). Allerdings gilt der Gaußsche Flusssatz ganz allgemein. Denn er besagt, dass der von einer Ladung ausgehende Fluss natürlich insgesamt durch jede beliebige um die Ladung herum angeordnete Hüllfläche hindurchgehen muss. Auf einer beliebigen Hüllfläche hat die Feldstärke überall einen anderen Betrag. Die Feldverteilung jeder nicht-symmetrischen Anordnung lässt sich gar nicht mehr geschlossen algebraisch, sondern nur noch mit einem auf Iteration beruhenden Feldberechnungsprogramm ermitteln.
Die Fläche, die alle Punkte gleichen Feldstärkebetrages beinhaltet, ist eine Kugel in deren Mittelpunkt sich die Ladung befindet. Misst man dagegen auf einer Kugelfläche unterschiedliche Feldstärken, weiß man, dass sich die Ladung nicht im Mittelpunkt dieser Kugel befindet. Die Position der Ladung ist also prinzipiell bestimmbar. Welcher Aufwand dazu notwendig ist, ist ja nicht Gegenstand der hier angestellten Betrachtungen.
| D2 hat Folgendes geschrieben: | | Also is meine Annahme falsch, dass die Feldlinien auf dem leitenden F-Käfig gleichmäßig verteilt sind? |
Ja, diese Annahme ist falsch. Der Grund für ungleichmäßige Feldverteilung liegt in der Tatsache begründet, dass metallische Oberflächen Äquipotentialflächen sind und deshalb keine Tangentialfeldstärken zulassen. So bewirkt die Influenz eine Ladungsverschiebung dergestalt, dass die Tangentialfeldstärke verschwindet. Da jede Ladung Quelle eines elektrischen Feldes ist, ist eine durch Influenz bewirkte größere oder kleinere Ladungsdichte auch Quelle eines größeren oder kleineren elektrischen Feldes, gleiche Permittivität vorausgesetzt.
| D2 hat Folgendes geschrieben: | | Aber über das Magnetfeld kann ich doch keine Ladung genau lokalisieren. |
Warum denn nicht, wenn ich doch das Magnetfeld - zumindest theoretisch - messen kann? Die Intensität des Feldes hängt von der Entfernung des Aufpunktes von der Ladung, von ihrer Geschwindigkeit und dem Winkel zwischen Abstandsvektor und Geschwindigkeitsvektor ab. Wie gesagt: Biot-Savart'sches Gesetz. Welcher Aufwand bei der Messung betrieben werden muss, sollte doch auch hier nicht Gegenstand der Diskussion sein, oder?
| D2 hat Folgendes geschrieben: | | Können Sie mir richtigen Verlauf der elektrischen Linien auf einer Zeichnung bzw. Link zeigen? |
Bitteschön! Die Skizze ist ein bisschen schwach geraten, erhebt auch keinen Anspruch auf quantitative Richtigkeit, zeigt aber qualitativ ganz gut, dass das Feld durch die metallische Hülle zwar verzerrt wird, mit zunehmender Entfernung sich aber immer mehr dem radialen Feldverlauf ohne Hülle annähert.
Außerdem wird vielleicht klar, was der Gaußsche Flusssatz eigentlich aussagt, dass nämlich der gesamte Fluss durch jede beliebige Hülle hindurchgeht, die Feldstärke aber überall unterschiedlich ist oder sein kann.
Was man ebenfall sieht ist, dass der Begriff Faraday-Käfig hier fehl am Platze ist. Denn der Faraday-Käfig hat immer etwas mit Abschirmung zu tun, was hier ganz und gar nicht der Fall ist.
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D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
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| D2 Verfasst am: 05. Mai 2013 20:14 Titel: |
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| GvC hat Folgendes geschrieben: | | D2 hat Folgendes geschrieben: | | So macht das Gaußsche Gesetz mit Hilfe G.Fläche die die Ladungen umgibt, keine Aussage wie und wo sich diese Ladungen befinden und ob diese sich bewegen. |
Das ist nicht ganz richtig. Denn der Gaußsche Satz, so wie Du ihn im Hinterkopf zu haben scheinst, bezieht sich auf symmetrische Anordnungen, bei denen Du Dir eben diese Symmetrie zunutze machst und eine dazu passende Integrationsfläche auswählst. Dabei kennst Du bereits von Vorneherein die Position der Ladung(en). Allerdings gilt der Gaußsche Flusssatz ganz allgemein. Denn er besagt, dass der von einer Ladung ausgehende Fluss natürlich insgesamt durch jede beliebige um die Ladung herum angeordnete Hüllfläche hindurchgehen muss. Auf einer beliebigen Hüllfläche hat die Feldstärke überall einen anderen Betrag. Die Feldverteilung jeder nicht-symmetrischen Anordnung lässt sich gar nicht mehr geschlossen algebraisch, sondern nur noch mit einem auf Iteration beruhenden Feldberechnungsprogramm ermitteln.
| D2 hat Folgendes geschrieben: | | Also is meine Annahme falsch, dass die Feldlinien auf dem leitenden F-Käfig gleichmäßig verteilt sind? |
Ja, diese Annahme ist falsch. Der Grund für ungleichmäßige Feldverteilung liegt in der Tatsache begründet, dass metallische Oberflächen Äquipotentialflächen sind und deshalb keine Tangentialfeldstärken zulassen. So bewirkt die Influenz eine Ladungsverschiebung dergestalt, dass die Tangentialfeldstärke verschwindet. Da jede Ladung Quelle eines elektrischen Feldes ist, ist eine durch Influenz bewirkte größere oder kleinere Ladungsdichte auch Quelle eines größeren oder kleineren elektrischen Feldes, gleiche Permittivität vorausgesetzt.
| D2 hat Folgendes geschrieben: | | Können Sie mir richtigen Verlauf der elektrischen Linien auf einer Zeichnung bzw. Link zeigen? |
Bitteschön! Die Skizze ist ein bisschen schwach geraten, erhebt auch keinen Anspruch auf quantitative Richtigkeit, zeigt aber qualitativ ganz gut, dass das Feld durch die metallische Hülle zwar verzerrt wird, mit zunehmender Entfernung sich aber immer mehr dem radialen Feldverlauf ohne Hülle annähert.
Außerdem wird vielleicht klar, was der Gaußsche Flusssatz eigentlich aussagt, dass nämlich der gesamte Fluss durch jede beliebige Hülle hindurchgeht, die Feldstärke aber überall unterschiedlich ist oder sein kann. |
Zusammenfassung in Bilder unten.
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Lösungen gibt es immer, man muss nur darauf kommen. |
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 06. Mai 2013 13:28 Titel: |
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So wie in Deiner Skizze LadungFNeu.gif sieht das Feld ganz bestimmt nicht aus. Beachte die Grundregeln für die Entwicklung von Feldlinienbildern. Feldlinien und Äquipotentiallinien stehen senkrecht aufeinander und müssen rechteckige (oder rechteck-ähnliche) Schnittfiguren mit gleichem Kantenverhältnis bilden.
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Moody
Gast
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| Moody Verfasst am: 06. Mai 2013 20:14 Titel: |
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| Zitat: | | Ein Faraday-Käfig schirmt seinen Innenraum vor einem externen elektrischen Feld ab, nicht aber den Außenraum vor einem internen elektrischen Feld. |
Und wie nennt man dann das was verhindert, dass ich mitgekocht werde, wenn ich die Mikrowelle einschalte?
Bzw. was ermöglicht ein geziehltes Auskoppeln am Magnetron? Oder Hohlleiter..?
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D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
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| D2 Verfasst am: 06. Mai 2013 20:38 Titel: |
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| Moody hat Folgendes geschrieben: | | Zitat: | | Ein Faraday-Käfig schirmt seinen Innenraum vor einem externen elektrischen Feld ab, nicht aber den Außenraum vor einem internen elektrischen Feld. |
Und wie nennt man dann das was verhindert, dass ich mitgekocht werde, wenn ich die Mikrowelle einschalte?
Bzw. was ermöglicht ein geziehltes Auskoppeln am Magnetron? Oder Hohlleiter..? |
Das Prinzip ist dass die Löcher in dem Sichtblech deiner Mikrowelle kleiner als die Wellenlänge der verwendeten Strahlung sind.
http://www.wer-weiss-was.de/theme50/article4797226.html
Diese Erklärung ist falsch!
http://www.physikerboard.de/topic,18460,-abschirmung-in-einer-mikrowelle.html
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Lösungen gibt es immer, man muss nur darauf kommen. |
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D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
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| D2 Verfasst am: 06. Mai 2013 21:04 Titel: |
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| GvC hat Folgendes geschrieben: | | So wie in Deiner Skizze LadungFNeu.gif sieht das Feld ganz bestimmt nicht aus. Beachte die Grundregeln für die Entwicklung von Feldlinienbildern. Feldlinien und Äquipotentiallinien stehen senkrecht aufeinander und müssen rechteckige (oder rechteck-ähnliche) Schnittfiguren mit gleichem Kantenverhältnis bilden. |
Einverstanden. Ich versuche es noch mal.
Hilfslinien sind dünner als die resultierende Feldlinien.
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Moody
Gast
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| Moody Verfasst am: 06. Mai 2013 22:38 Titel: |
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| Zitat: | | Das Prinzip ist dass die Löcher in dem Sichtblech deiner Mikrowelle kleiner als die Wellenlänge der verwendeten Strahlung sind. |
Das ist schon klar, war aber nicht die Frage.
Und das ist beim normalen faradayschen Käfig auch nicht anders. Sonst könnte ich mich auch in einen Würfel setzen, der nur an den Kanten aus Draht besteht. Die Maschen dürfen nicht zu groß sein.
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D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
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| D2 Verfasst am: 07. Mai 2013 18:35 Titel: |
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Der Witz ist, du kannst zentimeterdicke Stahlplatten nehmen, die Ladung nach außen läßt sich nicht abschirmen und kann ziemlich genau lokalisiet werden.
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