Fragenbank: Magnetismus: Feldlinien

Ein Magnetstab der Länge L ist entlang der horizontalen Achse positioniert, wobei ein seiner Pole im Mittelpunkt des Stabes ist. Ein kleiner Testmagnet, der sich reibungsfrei in der Horizontalen bewegt, wird auf die Achse des Stabes in einem Abstand d vom Nordpol gelegt. Unter der Annahme, dass das Magnetfeld B entlang der Achse durch B = B_0 * (1 - x^2/L^2) gegeben ist, wobei B_0 die magnetische Induktion im Zentrum des Stabes ist, bestimmen Sie den Ausdruck für die magnetische Kraft auf den Testmagneten und diskutieren Sie die Richtung dieser Kraft für kleine Bewegungen um die Gleichgewichtslage.

Stellen Sie sich ein Experiment vor, bei dem wir ein Blatt Papier auf einen Stabmagneten legen und dann Eisenfeilen auf das Papier streuen. Wir beobachten dann das Muster, das durch die Eisenfeilen entsteht und die Anwesenheit der magnetischen Feldlinien um den Stabmagneten zeigt. Unter Berücksichtigung dieses Experiments und Ihres Wissens über magnetische Feldlinien: a) erklären Sie, was magnetische Feldlinien sind und wie sie grafisch dargestellt werden können; b) beschreiben Sie die Richtung und Dichte der magnetischen Feldlinien um einen Stabmagneten; und c) basierend auf dem Muster, das in den Eisenfeilen beobachtet wird, präsentieren Sie eine Faustregel zur Bestimmung der Richtung der magnetischen Feldlinien in Bezug auf die Pole eines Stabmagneten.

Während einer Physikstunde zeichnet ein Schüler Diagramme der Magnetfeldlinien eines Stabmagneten. Unter Verwendung der Eigenschaften und Merkmale der Magnetfeldlinien analysiere das Diagramm und identifiziere, welches der dargestellten Zeichnungen korrekt ist:

Eine quadratische Spule mit der Seitenlänge L wird nahe einem zylindrischen Magneten mit den Polen Nord und Süd platziert, so dass eine der Kanten der Spule parallel zu der Linie ist, die die Pole verbindet. Angesichts der Anordnung und Ausrichtung des Magneten und der Spule, welche Linie des Magnetfeldes repräsentiert am besten das vom Magneten erzeugte Feld über der Spule?

Ein Stabmagnet mit seinen Polen, die als Nord (N) und Süd (S) gekennzeichnet sind, wird horizontal auf einen Tisch gelegt. Ein Schüler der 2. Klasse der Oberstufe untersucht die Eigenschaften der magnetischen Feldlinien und möchte das Muster des magnetischen Feldes um den Magneten herum studieren. Unter der Annahme, dass der Magnet als ideales Dipol betrachtet wird und unter der Näherung, dass die magnetischen Feldlinien vom Nordpol ausgehen und zum Südpol eindringen, beschreiben Sie, wie sich die magnetischen Feldlinien um den Magneten organisieren. Darüber hinaus erläutern Sie, wie die Eigenschaften des Materials, auf dem der Magnet platziert ist, die magnetischen Feldlinien beeinflussen können, und begründen Sie Ihre Antwort auf der Grundlage der Prinzipien der Elektromagnetischen Theorie. Schließlich erklären Sie, wie ein kleiner Kompass verwendet werden könnte, um das Muster des magnetischen Feldes um den Magneten herum zu kartieren, einschließlich dessen, was passieren würde, wenn der Kompass entlang einer Feldlinie bewegt wird.