Hallo, ich hoffe jemand kann mir weiterhelfen. Wenn ich durch eine Spule einen Wechselstrom treibe baut sich ein magnetisches Wechselfeld auf. Durchströmt dieses Feld eine zweite Spule, so wird in dieser eine Spannung induziert. Die Feldlinien gehen von der ersten Spule aus durch die Zweite und wieder zurück zur Ersten. Das nennt man induktive Kopplung. Ich möchte nun wissen: Gibt es eine Entfernung ab der die in sich geschlossenen Feldlinien sich von der ersten Spule abkoppeln, ähnlich Elektromagnetische Welle.
Ja, es gibt aber beide Komponenten einen HF Feldes nicht unabhängig von einander. Also es gibt immer nur H-Feld und E-Feld als gegenseitige Ursache. Eine rein magnetische ( H ) Aussendung gibt es im Fernfeld nicht.
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Also gibt es physikalische Grenzen für die induktive Kopplung. Genau dann wenn sich die Feldlinien nicht mehr bei der Senderspule schließen.
Bernd schrieb: > Hallo, > ... > Ich möchte nun wissen: Gibt es eine Entfernung ab der die in sich > geschlossenen Feldlinien sich von der ersten Spule abkoppeln, ähnlich > Elektromagnetische Welle. Das es diese Entfernung gibt, hast Du ja schon selbst beantwortet Wie groß diese Entfernung ist hängt dann nicht zuletzt von der Magnet. Suszeptibilität des Mediums ab, in dem sich die Feldlinien ausbreiten ( siehe auch Permeabilität ) , in deinem Beidpiel ist es wohl Luft
Bernd schrieb: > Ich möchte nun wissen: > Gibt es eine Entfernung ab der die in sich geschlossenen Feldlinien sich > von der ersten Spule abkoppeln, ähnlich Elektromagnetische Welle. Theoretische Elektrotechnik liegt bei mir schon etwas länger zurück, aber ich glaube: Es hängt nicht von der Entfernung ab, sondern von der Frequenz im Vergleich zu den Abmessungen und Eigenschaften der Spule. Wenn also die Feldlinien in der Nähe geschlossen sind, sind auch die geschlossen, die in größerer Entfernung existieren. Koppeln sich die Felder ab, ist es eine elektromagnetische Welle.
Rolf R. schrieb: > Wenn also die Feldlinien in der Nähe geschlossen sind, sind auch die > geschlossen, die in größerer Entfernung existieren. Zum Glück, sonnst würde es sich "Bumm" machen. :) https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetischer_Monopol
Hallo, magnetische Feldlinien, bzw. der magnetische Fluß, den sie beschreiben, sind/ist immer geschlossen. Das geht aus den Maxwell-Gleichungen hervor. Bei zunehmendem Abstand (und abhängig von der Orientierung) der Spulen nimmt die Kopplung ab, das heißt, ein geringerer Anteil des vom elektrischen Stromfluß in der ersten Spule erzeugten magnetischen Flusses durchdringt die zweite Spule. Wie Du den Jefimenko-Gleichungen https://en.wikipedia.org/wiki/Jefimenko%27s_equations entnehmen kannst, entsteht das B-Feld zu einem Anteil durch eine statische Stromdichte (Ladungen konstanter Geschwindigkeit/Fläche) und zu einem weiteren Anteil durch die zeitliche Ableitung der Stromdichte (Änderung der Geschwindigkeit der Ladungen/Fläche). Der statische Anteil fällt mit dem Abstand quadratisch. Der beschleunigungsabhängige Anteil fällt mit dem Abstand lediglich linear. Dies ist der Anteil, von Deinem Wechselfeld erzeugt, der als magnetischer Anteil einer elektromagnetische Welle im Fernfeld auftritt/verbleibt. Er breitet sich orthogonal zum elektrischen Anteil (das siehst Du am Kreuzprodukt) aus und ist im Fernfeld phasengleich mit dem elektrischen Anteil des EM-Feldes (der auch durch die Beschleunigung von Ladungen erzeugt wird und mit dem Abstand linear abfällt, auch hier sind die beiden anderen Teile im Fernfeld vernachlässigbar). H-Feld und E-Feld sind NICHT gegenseitige Ursache. Sie werden gemeinsam erzeugt und breiten sich gemeinsam aus. Bereits aufgrund der Phasengleichheit könnten sie sich gar nicht gegenseitig verursachen!
Ok, ersteinmal danke. Wenn ich das Biot-Savart-Gesetz heranziehe um die magnetische Flussdichte im Abstand, zu einer Spule, zu messen, muss doch dann ab einem gewissen Abstand diese Gleichung ihre Gültigkeit verlieren. Oder wie kann man die magnetische Flussdichte, die von einer Spule erzeugt wird, in einem Abstand von 100km berechnen ? In dieser Entfernung ist die magnetische Welle völlig abgekoppelt vom Sender.
Bernd schrieb: > Wenn ich das Biot-Savart-Gesetz heranziehe um die magnetische > Flussdichte im Abstand, zu einer Spule, zu messen, muss doch dann ab > einem gewissen Abstand diese Gleichung ihre Gültigkeit verlieren. Oder > wie kann man die magnetische Flussdichte, die von einer Spule erzeugt > wird, in einem Abstand von 100km berechnen ? In dieser Entfernung ist > die magnetische Welle völlig abgekoppelt vom Sender. Da Biot-Savart-Gesetz gilt nur fuer statische Magnetfelder, erzeugt durch statische elektrische Stroeme (die Jefimenko-Gleichung fuer B entspricht dem BS-Gesetz, ergaenzt um den dynamischen Teil). Es ergibt sich aus den Maxwell-Gleichungen und ist auch fuer grosse Abstaende gueltig. Das Wort Welle klingt bereits nach einer periodischen Aenderung. Fuer beliebige, auch nur zu einem Zeitpunkt stattfindende, Aenderungen ist der Begriff Feldstoerung besser. Feldstoerungen (E und B) breiten sich mit der Lichtgeschwindigkeit des Mediums aus. Wellen sind periodische Feldstoerungen. Die magnetische Flussdichte in einem Raumpunkt haengt davon ab, wie sich alle(!) Ladungen im Raum zu einer fruehren Zeit bewegt haben, die (pro Ladung) genau so lange zurueckliegt, wie die von ihnen jeweils erzeugten Feldstoerungen des EM-Feldes brauchten, um den von Dir gewuenschten Raumpunkt zu erreichen. Wenn Du in den Sternenhimmel schaust, siehst Du EM-Wellen, die zu unterschiedlichsten Zeiten erzeugt wurden (auf Deine Zeit bezogen) und jetzt gemeinsam in Deinem Auge eintreffen. Es verbleibt die wichtige Frage, wie sich die Ladungen bewegt haben, da die durch sie erzeugten Feldstoerungen abhaengig von der Bewegungsrichtung sind (was man an der Koppeleffizienz zweier Spulen sieht, die man zueinander verdreht). Eine gute Antenne ist eine Struktur, bei der die Ladungen so bewegt werden, dass die durch sie erzeugte Feldstoerung in Deinem gewuenschten Raumpunkt moeglichst gross wird. Eine schlechte Antenne ist eine Struktur, bei der die Ladungen so bewegt werden (z.B. dicht beieinander liegend gegenlaeufig) dass ihre erzeugten Feldstoerungen sich (in Deinem Raumpunkt) nahezu vollstaendig gegenseitig aufheben. Ob in 100km Entfernung eine Rueckwirkungsfreiheit auf die Antenne vorliegt (="Abkopplung"), haengt nur von der Wellenlaenge im Medium ab. Du kannst zur approximativen Beantwortung Deiner Frage nach der Flussdichte einen magnetischen Dipol heranziehen: https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetischer_Dipol (Fuer I im magnetischen Dipolmoment musst Du Deinen Wechselstrom einsetzen) Hier wird auch die Richtungsabhaengigkeit deutlich. In dieser Betrachtung ignorierst Du allerdings noch moegliche absorbierende und reaktive Effekte, wobei umliegende Ladungen durch die vom Dipol erzeugten Feldstoerungen bewegt werden (Energie aufnehmen) und auch ihrerseits Feldstoerungen erzeugen (Energie abgeben). Im leeren Weltraum ist das recht vernachlaessigbar, in einer Hoehle oder im Ozean (siehe parallelen Thread ueber EM-Ausbreitung in Wasser) jedoch nicht.
Sorry! Falsche Formel! Diese (dynamische) magnetische Dipolstrahlung ist gemeint: https://en.wikipedia.org/wiki/Multipole_radiation#Magnetic_dipole_radiation
Deine Frage läßt sich grob durch die Unterscheidung in Nah- und Fernfeld beschreiben: Im Nahfeld gibt es die Rückkopplung zum Sender, im Fernfeld nicht mehr; d.h. die EM-Welle hat sich vom Sender abgelöst und von einem Empfänger (bzw. 2. Spule oder anderes Element) gibt es Reflexionen.
Das Radar zeigt, dass auch weit entfernte Objekte eine Auswirkung auf das Feld des Sendeantenne haben.
Martin O. schrieb: > Das Radar zeigt, dass auch weit entfernte Objekte eine Auswirkung auf > das Feld des Sendeantenne haben. Wenn deine Frau auf dem Sofa schläft und du möchtest sie wecken oder ärgern, du sitzt aber selber zu weit weg um sie mit dem Arm zu erreichen, dann kannst du einen Besenstiel nehmen und sie damit pieken. Das wäre das Äquivalent zu magnetischer Induktion, so wie der Sendespule messbar Energie entzogen wird merkst du den mechanischen Widerstand, wenn der Besenstiel deine Frau erreicht. Du kannst aber auch einen Ball nehmen und deiner Frau an den Kopf werfen, das wäre das Äquivalent zur elektromagnetischen Welle. Dein Wurfarm merkt nicht, ob der Ball das Ziel (oder ein Ziel) trifft oder verfehlt.
Hallo "Hallo, magnetische Feldlinien, bzw. der magnetische Fluß, den sie beschreiben, sind/ist immer geschlossen. Das geht aus den Maxwell-Gleichungen hervor." und "Wenn ich das Biot-Savart-Gesetz heranziehe um die magnetische Flussdichte..." wow! Ich finde es zwar sehr gut wenn hier nicht auf Kindergartenniveau diskutiert wird und es nicht beim "Frau wecken" Beispiel bleibt, aber das ist doch ein ganz klein wenig übertrieben. Eigentlich ist das kein Physiker Forum - daher wäre es schön einen neuen Thread zu eröffnen oder noch besser den "normalen" Hobbyelektroniker kurz und einfach (wenn es den möglich ist...) zu erklären warum in wie das aus der Maxell-Gleichung hervorgeht bzw. das Biot-Savart-Gesetz Laientauglich zu erklären. Googeln hilft einen Laien oder selbst einen vorgebildeten Hobbyelektroniker nicht wirklich viel, da das doch recht heftiger Stoff ist den man nicht "mal eben so versteht" ohne entsprechende Vorbildung. Also zeigt mal ob ihr gute Wissensvermittler seid ;-)
Rolf R. schrieb: > Theoretische Elektrotechnik liegt bei mir schon etwas länger zurück, > aber ich glaube: > > Es hängt nicht von der Entfernung ab, sondern von der Frequenz im > Vergleich zu den Abmessungen und Eigenschaften der Spule. IIUC hängt es von beiden ab. > Wenn also die Feldlinien in der Nähe geschlossen sind, sind auch die > geschlossen, die in größerer Entfernung existieren. > > Koppeln sich die Felder ab, ist es eine elektromagnetische Welle. Hier unterscheidet man zwischen Nahfeld, Fresnel-Feld und Fernfeld. Die entsprechenden Felder sind in jedem Abstand vorhanden allerdings weisen sie eine unterschiedliche Abstandscharakeristiken auf: Nahfeld: (magnetische) Feldstärke geht mit 1/r^3 Fresnel-Feld: (elektrische) Feldstärke geht mit 1/r^2 Fernfeld: Feldstärke geht mir 1/r https://en.wikipedia.org/wiki/Near_and_far_field#Compared_to_the_far_field Je nach Abstand können also bestimmte Komponenten vernachlässigt werden. Bei "großem" Abstand dominiert 1/r, bei "kleinem" Abstand dominiert 1/r^3. Was dabei "groß" und "klein" ist bzw. "fern" und "nah" hängt dann von Frequenz und Bauform der Antenne ab und wird teilweise auch definiert: https://en.wikipedia.org/wiki/Near_and_far_field#Definitions
Bernd schrieb: > Gibt es eine Entfernung ab der die in sich geschlossenen Feldlinien sich > von der ersten Spule abkoppeln, ähnlich Elektromagnetische Welle. Ja, siehe (vereinfachend gegenüber den eher wissenschaftlichen Abhandlungen bisher hier) das Prinzip der magnetischen Antenne, vor allem bei niedrigen Frequenzen üblich in der Verwendung. https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetantenne
Ainen gudden! Cleveland schrieb: > warum in wie das aus der Maxell-Gleichung hervorgeht Das ist ganz einfach eine Tangente. Dwianea hirnschaden
Cleveland schrieb: > ... kurz und einfach (wenn es den möglich ist...) zu erklären warum in wie > das aus der Maxell-Gleichung hervorgeht bzw. das Biot-Savart-Gesetz > Laientauglich zu erklären. Das ist nicht einfach, da Biot Savart und erst Recht die Maxwellschen Gleichungen eines an Mathematik erfordern um sie zu verstehen. Ich versuche es mal so knapp wie ich es hinbekomme: Die zweite Maxwellsche Gleichung sagt, dass das Magnetfeld divergenzfrei (=quellenfrei) ist. Diesen Zusammenhang kann man umformen in eine Integralform, die mathematisch exakt die gleiche Aussage hat aber vielleicht anschaulicher ist: Ein Integral des Magnetfeldes über eine geschlossene Oberfläche ist immer Null. Stell dir gedanklich vor du hast eine irgendwie geformte Oberfläche und teilst sie in sehr kleine gleich große Miniflächen, für jede dieser Flächen nimmst du den Teil der magnetischen Flussdichte, der senkrecht durch diese Fläche geht. Diese Werte addierst du für alle deiner Miniflächen - das Ergebnis wird laut Maxwell Null sein. Wenn man drüber nachdenkt dann bedeutet das, dass keine Magnetfeldlinien irgendwo "herauskommen" (zumindest nicht mehr als "hineingehen") und damit kann es nur geschlossene Magnetfledlinien geben bzw. den einen Spezialfall einer geraden unendlich langen Magnetfeldlinien wie zum Beispiel auf der Achse einer Spule. Biot Savart ist eine Formel, mit der du aus beliebig geformten Strömen das Magnetfeld in jedem beliebigen Punkt im Raum errechnen kannst. Das kann ein Linienstrom wie in einem dünnen Leiter sein oder ein (elektrischer-) Volumenstrom in leitfähigen Körpern (z.B. Erdboden).
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