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Rony187
Anmeldungsdatum: 22.04.2017
Beiträge: 10
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 Rony187 Verfasst am: 13. Mai 2017 22:47 Titel: Faradaysche Scheibe, Induktion |
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Hallo Leute, es geht um eine Verständnissfrage, wie ich die Induktion in einer Faradayschen Scheibe ( https://de.m.wikipedia.org/wiki/Unipolarinduktion#/media/Datei%3AFaraday_disc.jpg )mit der Flussänderung beschreiben kann. Mir ist klar wie das ganze durch die lorenzkraft zustande kommt. Ich weiss nicht ob es jemand anderem auch mal so ging aber ich habe Schwierigkeiten gehabt das Experiment mit der Flussänderung zu deuten. Am anfang ging ich einfach davon aus, dass sich für ein konstantes B-Feld der Fluss bei rotation der scheibe nicht ändert da die vom B-Feld durchsetzte Fläche A komplett im B feld ist. Ich hab hier eine parallele zu dem Versuch mit der bewegung einer Leiterschleife durch ein konstantes B feld gezogen, wo sich der fluss eben auch nicht ändert wenn die schleife sich komplett im B-Feld befindet und wir somit kein Uind messen können.
Der unterschied bei der rotation zu der konstanten Bewegung einer schleife die sich komplett im B-Feld befindet ist jedoch das im ersten Fall eine Beschleunigung in Form einer Richtungsänderung vorliegt. Ich hab mir jetzt mal vorgestellt das ich mich in einem Inertialsystem sozusagen über der scheibe befinde. Jetzt wird die scheibe unter mir rotiert und ich als ruhender beobachter sehe von oben wie sich ein Punkt der gerade noch direkt unter mir war auf der scheibe rotiert und der winkel zwischen diesem punkt und mir größer wird bis sich der punkt bei voller umdrehung wieder unter mir befindet. Somit würde die effektive vom B feld durchsetzte Fläche A sich im Bezug auf mein System mit dem winkel der sich mit der Zeit ändert ändern. Ist diese Vorstellung so richtig? Ich glaube mein Fehler war das ich mich wie bei der gleichförmig bewegten leiterschleife (Inertialsystem) in das hier rotietende system gesetzt habe, was aber kein IS ist und wo dann eben noch andere (Scheinkräfte) wirken.
Bedeutet es umgekehrt das die geradlinige beschleunigung einer leiterschleife die sich komplett im B-Feld befindet auch zu einem Uind führt? |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3396
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| ML Verfasst am: 14. Mai 2017 00:37 Titel: Re: Faradaysche Scheibe, Induktion |
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Hallo,
Hier meine FAQ zum Faraday'schen Paradoxon. Da geht es auch um die Faradayscheibe. Auf Dein Problem gehe ich da aber noch nicht ein.
https://www.physikerboard.de/topic,52470,-faq---elektromagnetismus-und-relativgeschwindigkeit.html
| Zitat: |
Am anfang ging ich einfach davon aus, dass sich für ein konstantes B-Feld der Fluss bei rotation der scheibe nicht ändert da die vom B-Feld durchsetzte Fläche A komplett im B feld ist. |
Dein Problem ist, dass Du nicht unterscheidest zwischen
a) der Fläche A und ihrer Randlinie (die im Induktionsgesetz stehen) und
b) der Bewegung der Materie.
Beide sind grundsätzlich voneinander unabhängig und haben ganz unterschiedliche Folgen:
- Eine Fläche und eine Randlinie ist etwas Gedachtes. Wenn Du etwas Gedachtes bewegst, hat das keine physikalischen Auswirkungen.
- Ein Leiter (Metall) ist etwas Echtes. Wenn Du Metall bewegst, können sich Felder ändern.
Für die Faradayscheibe ist es günstig anzunehmen, dass die Scheibe sich dreht und die betrachtete Flächenrandlinie ruht.
Da in dem Experiment  ist, gilt für einen beliebigen Umlauf  um eine orientierte Fläche  :
Dann brauchst Du nur noch zu wissen, dass bei Leerlauf (kein Strom in der Scheibe) für eine Ladung q innerhalb der Scheibe ein Kräftegleichgewicht herrscht, also =\vec 0) . Daher sieht ein im Laborsystem ruhender Beobachter in der Scheibe ein E-Feld von  . Dieses E-Feld aufintegriert entspricht der Klemmenspannung.
| Zitat: |
Ich hab hier eine parallele zu dem Versuch mit der bewegung einer Leiterschleife durch ein konstantes B feld gezogen, wo sich der fluss eben auch nicht ändert wenn die schleife sich komplett im B-Feld befindet und wir somit kein Uind messen können. |
In diesem Fall laden sich zwei Seiten (nicht: Enden) der Leiterschleife gegeneinander auf. Es fließt aber insgesamt kein Strom.
| Zitat: |
Der unterschied bei der rotation zu der konstanten Bewegung einer schleife die sich komplett im B-Feld befindet ist jedoch das im ersten Fall eine Beschleunigung in Form einer Richtungsänderung vorliegt. |
Das ist kein wesentlicher Unterschied. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass bei der Faradayscheibe ein Teil des Stromkreises ruht (Voltmeter), während in dem Vergleichsexperiment die gesamte Leiterschleife sich im Feld befindet und gleichförmig bewegt.
Hier zum Vergleich die Variante der Faradayscheibe mit einer Linearbewegung:
https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Induktion#Beispiel:_Bewegter_Leiterstab_im_Magnetfeld
https://www.physikerboard.de/topic,52649,-faq---induktionsgesetz-in-integraler-schreibweise%2C-teil-ii.html
| Zitat: | | Ich hab mir jetzt mal vorgestellt das ich mich in einem Inertialsystem sozusagen über der scheibe befinde. Jetzt wird die scheibe unter mir rotiert und ich als ruhender beobachter sehe von oben wie sich ein Punkt der gerade noch direkt unter mir war auf der scheibe rotiert und der winkel zwischen diesem punkt und mir größer wird bis sich der punkt bei voller umdrehung wieder unter mir befindet. Somit würde die effektive vom B feld durchsetzte Fläche A sich im Bezug auf mein System mit dem winkel der sich mit der Zeit ändert ändern. |
Manche Leute stellen sich vor, dass die Flächenrandlinie sich mit der Scheibe mitdreht. Das führt dann zu entarteten Flächen, die im Bereich der Scheibe mehrlagig sind. Mit jeder Umdrehung der Scheibe kommt folglich  zur Fläche hinzu.
Hier ist das zumindest ansatzweise visualisiert:
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/14/Faradayscheibe-A.svg/512px-Faradayscheibe-A.svg.png
Aufgrund der Drehung kommt der leuchtend-grüne Teil der Fläche dazu.
Solche Gehirnverrenkungen musst Du aber nicht machen. Es zwingt Dich ja keiner, eine Version des Induktionsgesetzes zu nehmen, in der die Flussänderung drinsteht.
| Zitat: | | Ist diese Vorstellung so richtig? Ich glaube mein Fehler war das ich mich wie bei der gleichförmig bewegten leiterschleife (Inertialsystem) in das hier rotietende system gesetzt habe, was aber kein IS ist und wo dann eben noch andere (Scheinkräfte) wirken. |
Die Beschleunigung ist bei dieser Frage m. E. ein absoluter Nebenaspekt.
Viele Grüße
Michael |
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Rony187
Anmeldungsdatum: 22.04.2017
Beiträge: 10
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| Rony187 Verfasst am: 14. Mai 2017 01:34 Titel: Re: Faradaysche Scheibe, Induktion |
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[quote="ML"]Hallo,
Hier meine FAQ zum Faraday'schen Paradoxon. Da geht es auch um die Faradayscheibe. Auf Dein Problem gehe ich da aber noch nicht ein.
https://www.physikerboard.de/topic,52470,-faq---elektromagnetismus-und-relativgeschwindigkeit.html
| Zitat: |
Am anfang ging ich einfach davon aus, dass sich für ein konstantes B-Feld der Fluss bei rotation der scheibe nicht ändert da die vom B-Feld durchsetzte Fläche A komplett im B feld ist. |
Dein Problem ist, dass Du nicht unterscheidest zwischen
a) der Fläche A und ihrer Randlinie (die im Induktionsgesetz stehen) und
b) der Bewegung der Materie.
Beide sind grundsätzlich voneinander unabhängig und haben ganz unterschiedliche Folgen:
- Eine Fläche und eine Randlinie ist etwas Gedachtes. Wenn Du etwas Gedachtes bewegst, hat das keine physikalischen Auswirkungen.
Wenn ich richtig verstanden hab dann trifft das hier genau auf den Punkt. Die Fläche ist etwas gedachtes und entspricht nicht der Fläche der Scheibe. Diese würde sich in der Tat nicht verändern. Die gedachte Fläche durch eben diese "Gehirnveränkungen" jedoch schon. |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3396
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| ML Verfasst am: 14. Mai 2017 12:05 Titel: Re: Faradaysche Scheibe, Induktion |
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Hallo,
| Rony187 hat Folgendes geschrieben: |
Wenn ich richtig verstanden hab dann trifft das hier genau auf den Punkt. Die Fläche ist etwas gedachtes und entspricht nicht der Fläche der Scheibe. Diese würde sich in der Tat nicht verändern. Die gedachte Fläche durch eben diese "Gehirnveränkungen" jedoch schon. |
Die gedachte Fläche vergrößert sich mit der Zeit immer mehr, je länger Du im Kreis herumläufst.
Die Vorstellung mit dieser Fläche kommt daher, dass viele Leute nicht die allgemeine Formulierung des Induktionsgesetzes im Kopf haben, sondern diese Gleichung:
U ist hierbei die Klemmenspannung an einer Leiterschleife.
(siehe auch https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Induktion#Induktion_bei_einer_Leiterschleife).
Da bei der Faradayscheibe nicht direkt eine Leiterschleife vorliegt, versuchen sie, die Formel so zu erweitern oder umzudeuten, dass sie für das Problem passt. Auf diese Weise kommt es dann zu den besagten aufgewickelten Flächen.
Die Fläche müsste m. E. so aussehen wie eine plattgedrückte Spulenfläche:
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Spulenflaeche.ogv
Viele Grüße
Michael |
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