Bei der Suche nach einer fundierten Erklärung von Zweck und Wirkung von Abschirmbechern (in Radiogeräten, ZF-Filter etc) fand ich zufällig diese Idee für ein verblüffendes Weihnachtsgeschenk :-)
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Auch "die Mutter-Seite" fand ich ganz interessant
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Zum Problem: Die merkwürdige Ehe von magnetischem und elektrischem Feld kann ich bisher nur soweit auflösen, daß durch die Abschirmbecher *nur* Einstrahlungen von elektrischem Feld verhinderbar sind. Wirkt ein Faradayscher Käfig in Form eines Zylinders noch, wenn man einen Längsschnitt reinsägt?
Weil Abstrahlung von magnetischen Feldern nicht einfach abschirmbar ist, hat man das wohl bei den Oszillatorspulen garnicht erst versucht? Oder die Schwingströme besonders kleingehalten?
Mich wundert auch, daß man früher immer große Becher forderte, um die Schwingkreise nicht zu stark zu bedämpfen (Wirbelströme). Heute sind aber die "Becher" so klein, daß die Spulen kaum reinpassen. Hm.
.. der nicht wieder ein Feld auf der anderen Seite des Blechs erzeugt?
Du meinst, man müsse z.B. bei Oszillografen-Röhren, den ganzen Umstand mit Mu-Metall nur zur Neutralisierung zeitlich konstanter Magnetfeld- störungen machen? Klingt nicht überzeugend.
Das sagt aber noch nichts über die Fortpflanzung des magnetischen Feldes? Der Kurzschluß erzeugt doch wieder ein magnetisches Feld? Die Topfkerne macht man doch aus Ferriten, um möglichst keine solchen Kurzschlüsse zu haben?
Ich kenne kein Radiogerät, in dem die AM-Oszillatorspulen abgeschirmt wären. Die Dosen für die FM-Vorstufen sehen auch nicht "dicht" aus.
Das ist einleuchtend. Die Ferrite haben aber wieder Verluste. Ist man gezwungen, diese in Kauf zunehmen, weil man miniaturisiert bauen will?
Was heißt hier Ehe, das ist ein und dasselbe, je nach Bezugssystem und Betrachtung.
Wir sehen die Felder nur als "elektrisch" oder "magnetisch", weil in unserem Bezugssystem Elektronen als elektrisch geladenen Teilchen betrachtet werden.
Nimm ein Elektron, das in der langsam aussterbenden Braunschen Röhre (Bildröhre) durch das Ablenk- Magnetfeld läuft: Aus seinem bewegten Bezugssystem sieht es dieses magnetische Feld als elektrisches Feld und wird angezogen oder abgestoßen.
Wenn man die Maxwell-Gleichungen ein wenig umformt und die Konstanten des SI-Einheitensystems, die ja letztlich auch nur Napoleons Wilkür entsprechen (1km ~= 1/40000tel des Erdumfangs, 1kg ~= Gewicht von einem Liter Wasser, welcher über das Dezimeter wieder mit dem Erdumfang gekoppelt ist), rauszieht, dann nehmen die Gleichungen eine unheimlich symmetrische Form an, egal ob man sie als Tensor oder im komplexen Zahlenraum schreibt.
( Btw.: Bitte jetzt keine SI Debatte, selbst der Jackson verwendet es inzwischen im ersten Teil, weil es im Alltag immer noch hundertmal praktischer ist als c=h=1 oder gar britische Shetland-Pferdefusslängen im handlichen Zwöfkommafünfer-Zahlensystem ;-/
Stimmt nicht. Ein supraleitender Abschirmbecher würde das magnetische Feld perfekt abschirmen.
Das zeigt auch den Knackpunkt auf: Ein magnetisches Feld induziert einen Strom im Schirmmetall, welcher wiederum ein exakt passendes magnetisches Gegenfeld erzeugt.
Soweit die Theorie ohne den realen Widerstand des Metalls. Der sorgt bei langsamen magnetischen Feldern dafür, dass der induzierte Strom sich irgendwann in Wohlgefallen, pardon: Wärme auflöst, womit das Gegenfeld verschwunden und die Schirmwirkung aufgehoben ist.
Bei schnellen magnetischen Wechselfeldern funktioniert die magnetische Schirmung hingegen sehr gut, dto. bei Verwendung spezieller (Mu-)Metalle.
Dann hast Du einen Schwingkreis (C ist der Schlitz, L der Zylinder) oder eine Leckleitung gebaut, je nachdem, wie man das betrachtet, was an den Enden ist usw. Siehe Magnetron-Röhre. Und wenn einen Leckleitung Felder von innen nach außen läßt, denn geht das auch reziprok. Deshalb sollte man den isolierenden Schlitz vermeiden, wenn man eine gute Schirmwirkung haben möchte.
Nein. Das ist der Trick. Das zeitlich ver=C3=A4nderliche Magnetfeld geht eigentlich mir-nichts-dir-nichts durch das Abschirmblech durch. Der induzierte Strom erzeugt, wie Du selbst sagst, ebenfalls ein Feld, was sich mit dem =C3=A4u=C3=9Feren Feld =C3=BCberlagert. W=C3=A4re das Ab= schirmblech ein Supraleiter, dann w=C3=A4re das durch den induzierten Strom erzeugte Feld genauso gro=C3=9F wie das =C3=A4u=C3=9Fere Feld, nur entgegengesetzt. In = der =C3=9Cberlagerung heben sich die beiden Felder vollst=C3=A4ndig auf. Bei = realen Leitern ist das induzierte (Gegen-)feld dagegen schw=C3=A4cher als das urspr=C3=BCngliche Feld, und die Abschirmung ist unvollst=C3=A4ndig.
n Umstand
50Hz sind schon viel zu langsam f=C3=BCr "die D=C3=A4mpfung durch den ohm= schen Widerstand kann man fast vernachl=C3=A4ssigen". Und daher muss schon gege= n das Netzbrummen aus dem Trafo besser abgeschirmt werden als ein einfacher Blechk=C3=A4fig.
en=20
Genau. Der Spalt verschlechtert daher die Abschirmung, da der Kurzschlusstrom eigentlich ben=C3=B6tigt w=C3=BCrde.
Ich sehe immer zwei - das magnetische Feld in der Spule und das elektrische Feld in der Kapazität - und den Strom, wenn beide gerade Null sind :-).
Der letzte Satz ist etwas schwierig. Ich stelle mir das so vor, daß ein bewegtes Elektron selbst ein Magnetfeld *hat* (bewegte Ladung), das mit anderen Magnetfeldern wechselwirken kann.
Da habe ich immer gerade gefehlt :-(. An dieser Stelle wünschte ich mir ein wundervolles, äh, verständliches, Buch mit Praxisbezug.
Das leuchtet mir nicht ein. Selbst wenn er das Erzeugerfeld neutralisiert, würde er auf der abgewandten Seite "sein" Feld erzeugen. Ein verlustloser Leiter welcher Form auch immer sollte im Magnetwechselfeld garnkeinen Einfluß haben (imho). Warum hätte er den doch? Wenn man mal Skineffekte und sowas praktisches wegläßt.
Ja, die Dämpfung.
Das ist auch einer der unklaren Punkte: Warum man sein Scoperohr nicht mit einem Alu-Becher oder einer Konservendose abschirmen kann, sondern das wahnsinnig teure und komplizierte Mu-Metall nehmen muß.
Dann ist das mit Auto, Faraday'schem Käfig und Blitzeinschlag auch komplizierter als man denkt.
Dann müßte man doch sein Scope-Rohr auch mit z.B. versilbertem Kupferblech magnetisch abschirmen können? Bei mir klemmt es noch bei der Richtung des Gegenfeldes und der Aufhebung des Erzeugerfeldes.
Wobei wohl die magnetische Abschirmung von Netztrafos scheinbar nicht möglich ist - bestenfalls setzt man sie doch ungeschirmt auf die Chassis-Unterseite? Oder schirmt man sie nicht ab, weil man dann die Verlustwärme nicht wegkriegt?
Das müssen die Brüder aber doch schon lange gewußt haben? In den Nachkriegsradios waren die ZF-Kreis-Spulen aber beide waagerecht angeordnet und die Abstimmschraublöcher in der Zylinderwand. Das wäre dann doch die ziemlich ungünstigste Anordnung?
Es ist nur eine Frage der Betrachtung. Ob Du sagst, das Elektron sieht ein elektrisches Feld, oder ob Du sagst, das Elektron erzeugt ein Magnetfeld, das beides läuft auf das gleiche hinaus.
Es ist _ein_ elektromagnetisches Feld.
An dem übrigens fast alles hängt, was unseren Alltag ausmacht, mit Ausnahme der Gravitation (Erdanziehung) und dem Zusammenhalt der Atomkerne überhaupt (starke Kernkraft):
Wenn Du einen Ball wirfst, dann beschleunigst Du nicht direkt die Atome des Balls. Deine Hand hat an der Oberfäche ein negatives Potenzial, wenn Du nur dicht genug rankommst, sodass der Abstand Atomkern zu irgendwo im Orbital delokalisierten Elektron für den Herrn Coulomb relevant wird. In dem Moment sagt das Hand-Elektron zu den Ball- Elektronen: Ihr dringt hier nicht in meine Sphäre ein, Ball, Du gehst weg ;-)
Wobei man jetzt noch darüber philosophieren kann, wie ausgedehnt so ein quantenmechanisch nicht genau lokalisiertes Teilchen überhaupt ist, mit einer von Null verschiedenen Wahrscheinlichkeit ist es gerade 100km weit weg, wenn man es sucht ;-) Funktioniert übrigens ganz real, der Tunneleffekt (EEPROM, Flash & Co) läßt grüßen.
Es geht leider nicht ganz ohne Differenzialgleichungen und entsprechende Operatoren bzw. die einschlägigen Sätze (Gauss, Stokes) dafür.
Nur soviel: Eine zeitliche Änderung des elektromagnetischen Feldes geht einher mit einer bestimmten räumlichen Änderung.
Wenn man das ganz tief verfolgt, dann kommt man dahinter, dass es nur so sein kann, wie es ist, wenn man intelligentes Leben voraussetzt, was wiederum mit extremer Sicherheit zumindest lokal zeitlich und räumlich invariante physikalische Gesetze bedingt. Mit der Forderung (und der Eichinvarianz, die aber ähnlich fundamental ist, die Mathematik erlaubt eine Wegnahme von Komponenten, also sechs nach vier, und bei der Umsetzung darf keine Mehrdeutigkeit reinkommen) ergibt sich, dass die Maxwellschen Gleichungen so sein müssen, wie sie sind.
Schau mal unter Supraleiter und Diamagnetismus nach (oder geh' zu d.s.p., die hauen Dir dann Matrizen-DGL und Operatoren um die Ohren ;-) Der Fachbegriff lautet Meißner-Ochsenfeld-Effekt:
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Da steht das auch mit der Lenzschen Regel drin, das so erzeugte Feld hebt sich innen im geschirmten Bereich auf und wirkt nur nach außen.
Wobei es einen kleinen Unterschied gibt... Mit einem elektrischen Feld kann ich ein Elektron beschleunigen, abbremsen oder ablenken, mit einem magnetischen Feld kann ich nur ablenken da dort die Kraft immer senkrecht zur Bewegungsrichtung wirkt.
Für einen kurzen Moment klappt das ja auch. Dann ist der induzierte Strom im Silber Abgeklungen und das Magnetfeld erscheint ungestört auf der anderen Seite. Bei höheren Frequenzen klingt der Strom deutlich langsamer ab, als die Wechselfrequenz ihn sowieso umrichtet. Dann funktioniert diese Abschirmung prima.
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Gruß, Raimund
Mein Pfotoalbum
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Wenn Du die erzeugende Spule bewegst, kannst Du sehr wohl auch mit dem magnetischen Feld ein Elektron beschleunigen. Wichtig ist hier nur die Relativbewegung, wer ruht und wer sich bewegt, ist alles nur eine Frage des Beobachterstandpunkts.
Klar, *du* stellst dir das so vor. Aber wie stellt sich das Elektron das vor? Es steht still und weiter vorn kommt eine Glasplatte schnell entgegen. Aus seiner Sicht hat es kein Magnetfeld. Um das Elektron bewegt sich ein homogenes Magnetfeld der Ablenkspule. Huch? Wie soll das Elektron das merken? So kommt man ziemlich schnell zu relativistischen Effekten im Alltag...
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Das Alu ist bei Raumtemperatur eben kein Supraleiter, sodass Wirbelströme rasch verschwinden.
Es gibt elektrische Ladungen und elektrische Leiter. Damit kann man statische elektrische Felder vollständig abschirmen, auch mit schlechten Leitern (Grafitspray etc.). Es gibt aber keine magnetischen Ladungen, divB und so, wenn man mal von gewagten Theorien magnetischer Monopole absieht. Statische Magnetfelder kann man daher nicht abschirmen, nur abschwächen, in dem man mit möglichst gut magneti- sierbaren Materialien die Feldlinien wie mit einer Linse "umbiegt". Für möglichst gute Abschwächung nimmt man daher auch nicht möglichst dickes Mümetall, sondern mehrere verschachtelte Zylinder aus dünnem Mümetall. 50 Hz Magnetfelder fallen hier auch unter "DC", also Abschwächung mit Mümetall.
Es ist dir aber überlassen, ob du die ablenkende und/oder energie- ändernde Beschleunigung jetzt magnetisch oder elektrisch deutest und berechnest. Auch die üblicherweise magnetische Anziehung zweier paralleler stromdurchflossener Leiter kannst du rein elektrostatisch erklären und berechnen. Zu deinem Fall der Elektronen: Bei veränderlichem Magnetfeld ändert sich die Geschwindigkeit der Elektronen, siehe z. B. Betatron.
Das Magnetfeld ist eine reine Scheinkraft genau wie die Corioliskraft. Vor vielen Jahren bei Professor Hauser in Köln haben wir die gesamte Elektrodynamik allein aus der Coulombkraft under Relativitätstheorie, sprich endliche Ausbreitungsgeschwindigkeit, hochgezogen. Auch wenn ich es nicht wirklich begriffen haben, es ist kein Zufall, daß ich Ende doch nur Ingenieur geworden bin, es war sehr spannend und reizvoll.
Der Abstand bewegter Ladungen unterliegt der Lorentzkontraktion. Dadurch, daß sich bewegende Ladungen als dichter beieinanderliegend erscheinen, ist scheinbar auch die Ladungsdichte höher, daher überwiegt eine Raumladung. Und deren elektrostatische Kraft auf bewegte Ladungen ergibt genau die Lorentzkraft.
Das Witzige daran ist, daß die Driftgeschwindigkeiten der Ladungen in Leitern extrem klein sind, aber trotzdem reicht der relativistische Effekt aus, die ziemlich großen magnetischen Kräfte so zu erklären. (Liegt natürlich daran, daß die elektrischen Feldkräfte so extrem hoch sind. Leiter enthalten i. a. riesenhafte Ladungsmengen - wenn man davon nur eine winzige Menge durch Polarisation trennt, dann resultieren gleich extrem hohe Spannungen bzw. Feldstärken.)
Das ist aber jetzt für mich garnicht ermutigend :-).
Im Gegensatz zu vielen Studienrichtungen, die mangels Besserem gewählt werden, ist Ingenieur imho eine der Ausprägungen von Interesse an unserer Welt. Anders als Viele, die heute mit einer "Alles schon klar"-Ideologie daherkommen, lebt der Naturwissenschaftler von seinen Fragen. Das Spannende ist wohl, die Fragen herauszufinden, mit denen die Natur bewegt werden kann, die richtige Anwort zu geben. Ich kenne auch niemanden, der zuverlässiger als die Natur darin wäre, auf die richtige Frage stets immer wieder beständig die gleiche richtige Antwort zu geben.
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