Helmholtz-Spulen: Unterschied zwischen den Versionen

Aktuelle Version vom 2. August 2022, 12:58 Uhr

Helmholtz-Spulen (nach Hermann von Helmholtz) beschreiben eine Anordnung von zwei identischen Spulen mit großem Radius und wenigen Wicklungen, deren Abstand zueinander gleich dem Radius ist. Sie werden dann eingesetzt, wenn man in Experimenten ein annährend homogenes Magnetfeld erreichen möchte.

Aufbau und Funktionsweise

Aufbau

Man stellt die beiden kreisförmigen Spulen in einen Abstand von ihrem Radius (15 cm) parallel auf und verbindet die beiden Spulen mit den mittleren Abstandshaltern (15,5 cm).Dann schließt man eine Stromquelle an die beiden Spulen an. Dabei muss darauf geachtet werden, dass die beiden Spulen in der gleichen Richtung vom Strom durchflossen werden. Um dies zu erleichtern sind die Anschlüsse der beiden Spulen mit 1 und 2 beschrieften. Schließt man die beiden Minus-Pole bei 1 und die beiden Plus-Pole bei 2 an, so ist die gleiche Stromrichtung gegeben. Je höher die Stromstärke ist, desto größer ist auch die magnetische Flussdichte durch die Spulenachse (genauer besteht ein linearer Zusammenhang zwischen Stromstärke durch die Spulen und der wirkenden Flussdichte in der Mitte).

Funktionsweise

In den einzelnen Spulen fließt ein Strom in gleichem Orientierungssinn. Ein solcher Wirbelstrom erzeugt ein magnetisches Feld senkrecht zu der Stromflussrichtung, also in Richtung der Spulenachse. Beide Spulen erzeugen also ein Magnetfeld mit gleicher Orienterung, das aber jeweils in radialer Richtung abfällt. Durch die spezielle Geometrie erreicht man in der Mitte näherungsweise eine Homogenität bezüglich des Abstands von der Mitte der Spulen.

Zubehör

Zu den beiden Helmholzspulen gehören drei Sets an Abstandshaltern. Ein Set besteht dabei aus drei Abstandshaltern aus Aluminium mit U-Profil. Drei verschiedene Längen sind vorhanden:

35,5 cm
15,5 cm
5,5 cm

Bedienungsanleitung des Herstellers

Bedienungsanleitung 3B Scientific Physics

Helmholtz-Spulenpaar mit mittlerem Abstand

Wichtige Daten

Sammlungsposition	Elektronik: 5c
Hersteller	PhyWe
Durchmesser der Spulen	30 cm
Windungszahl	124
Max. Dauerstromstärke	5 A
Spulenwiderstand	1,2 Ω
Max. mag. Flussdichte	3,7 mT

Fotos

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     Abstandshalter 15,5 cm
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     Abstandshalter 15,5 cm
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     Detailaufnahme der stromführenden Wicklungen einer Helmholtz-Spule.

     Anschlüsse einer Helmholtz-Spule.

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     Abstandshalter 5,5 cm
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     Abstandshalter 5,5 cm
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     Abstandshalter 35,5 cm
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     Abstandshalter 35,5 cm
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Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut, AG Physik und ihre Didaktik, lizenziert unter CC BY-NC-SA 4.0

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-<nowiki>[[Kategorie:Name der Kategorie]]</nowiki>
+[[Kategorie:Elektromagnetismus]]
 __KEIN_INHALTSVERZEICHNIS__
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 <div class="row">
    <div class="large-7 columns">
-Kurzbeschreibung des Gegenstandes in maximal fünf Sätzen (z.B. andere mögliche Bezeichnungen, Erfinder, Ursprung,...)
+Helmholtz-Spulen (nach Hermann von Helmholtz) beschreiben eine Anordnung von zwei identischen Spulen mit großem Radius und wenigen Wicklungen, deren Abstand zueinander gleich dem Radius ist. Sie werden dann eingesetzt, wenn man in Experimenten ein annährend homogenes Magnetfeld erreichen möchte.
 === Aufbau und Funktionsweise ===
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 '''Aufbau'''
-Text
+Man stellt die beiden kreisförmigen Spulen in einen Abstand von ihrem Radius (15&thinsp;cm) parallel auf und verbindet die beiden Spulen mit den mittleren Abstandshaltern (15,5&thinsp;cm).Dann schließt man eine Stromquelle an die beiden Spulen an. Dabei muss darauf geachtet werden, dass die beiden Spulen in der gleichen Richtung vom Strom durchflossen werden. Um dies zu erleichtern sind die Anschlüsse der beiden Spulen mit '''1''' und '''2''' beschrieften. Schließt man die beiden Minus-Pole bei '''1''' und die beiden Plus-Pole bei '''2''' an, so ist die gleiche Stromrichtung gegeben. Je höher die Stromstärke ist, desto größer ist auch die magnetische Flussdichte durch die Spulenachse (genauer besteht ein linearer Zusammenhang zwischen Stromstärke durch die Spulen und der wirkenden Flussdichte in der Mitte).
 '''Funktionsweise'''
-Text
+In den einzelnen Spulen fließt ein Strom in gleichem Orientierungssinn. Ein solcher Wirbelstrom erzeugt ein magnetisches Feld senkrecht zu der Stromflussrichtung, also in Richtung der Spulenachse. Beide Spulen erzeugen also ein Magnetfeld mit gleicher Orienterung, das aber jeweils in radialer Richtung abfällt. Durch die spezielle Geometrie erreicht man in der Mitte näherungsweise eine Homogenität bezüglich des Abstands von der Mitte der Spulen.
 === Zubehör ===
-Gehören zu dieser Hardware zusätzliche Gegenstände? Wo befinden sich diese in der Sammlung. Füge auch dazu Bilder ein.Falls es kein Zubehör gibt kann dieser Abschnitt einfach gelöscht werden.
-  </div>
+Zu den beiden Helmholzspulen gehören drei Sets an Abstandshaltern. Ein Set besteht dabei aus drei Abstandshaltern aus Aluminium mit U-Profil. Drei verschiedene Längen sind vorhanden:
-  <div class="large-5 columns">
+* 35,5&thinsp;cm
-[[Datei:HW Elektrostatik Influenzmaschine Beschreibung.jpeg|center|Influenzmaschine von 3B Scientific.]]
+* 15,5&thinsp;cm
-  </div>
+* 5,5&thinsp;cm
+<!-- === Experimente === -->
+<!-- === Betriebsanweisungen === -->
+=== Bedienungsanleitung des Herstellers ===
+* [https://www.3bscientific.de/product-manual/1000906_DE.pdf Bedienungsanleitung 3B Scientific Physics]
 </div>
-<div class="row">
-  <div class="large-7 columns">
-=== Experimente ===
-Hier werden, wenn vorhanden, Links zu den Experimenten eingefügt, die mit der beschriebenen Hardware umgesetzt werden können.<br>
-Andernfalls bleibt die Überschirft ohne Eintrag stehen.
-  </div>
    <div class="large-5 columns">
+[[Datei:HW_Magnetostatik_Helmholz_mittel_2.JPG|600px|thumb|right|Helmholtz-Spulenpaar mit mittlerem Abstand]]
+ </div>
+ <div class="large-5 columns">
    <h3 class="subheader"><span style="display:inline;"></span> Wichtige Daten</h3>
 {| class="wikitable" style="margin: auto; width: 100%"|
 | Sammlungsposition
-| Schrankname: Regalfach (Beispiel: Elektronik: 4c)
+| Elektronik: 5c
 |-
 | Hersteller
-| ??
+| PhyWe
 |-
-| Sonstiges
+| Durchmesser der Spulen
-| ??
+| 30&thinsp;cm
+|-
+| Windungszahl
+| 124
+|-
+| Max. Dauerstromstärke
+| 5&thinsp;A
+|-
+| Spulenwiderstand
+| 1,2&thinsp;Ω
+|-
+| Max. mag. Flussdichte
+| 3,7&thinsp;mT
 |}
    </div>
 </div>
-=== Betriebsanweisungen ===
-Hier wird, falls vorhanden, die zugehörige Betriebsanweisung verlinkt. Andernfalls bleibt die Überschirft ohne Eintrag stehen.
-Beispiel:
-* [[BA:Influenzmaschine|Influenzmaschine]]
-=== Bedienungsanleitung des Herstellers ===
-Zuguterletzt wird hier die Betriebsanleitung des Herstellers verlinkt.<br>
-Beispiel:
-* [https://www.3bscientific.de/product-manual/1002967_DE.pdf Bedienungsanleitung 3B Scientific Physics]
 === Fotos ===
-Am Ende des Dokuments kommt eine Galerie aller Bilder, die zu dieser Hardware unter dem Namensraum "Datei:" bereits vorhanden sind. Hier sehen Sie als Beispiel die Bilder der Influenzmaschine. Um Ihre eigenen Bilder hier einzubinden müssen einfach nur die Bezeichungen der Bilder ausgetauscht werden.<br>
 <div class="row">
-   <div class="large-8 large-centered columns">
+   <div class="large-4 large-centered columns">
 <ul class="example-orbit" data-orbit>
-   <li class="active">
+   <li>
-     [[Datei:HW Elektrostatik Influenzmaschine vorne.jpeg|slide 1]]
+    [[Datei:HW_Magnetostatik_Helmholz_mittel_2.JPG|slide 1]]
+    <div class="orbit-caption">
+      Abstandshalter 15,5&thinsp;cm
+    </div>
+  </li>
+  <li>
+    [[Datei:HW_Magnetostatik_Helmholz_mittel_1.JPG|slide 2]]
+    <div class="orbit-caption">
+      Abstandshalter 15,5&thinsp;cm
+    </div>
+  </li>
+  <li>
+    [[Datei:HW_Magnetostatik_Helmholtz_(Wicklungen).jpg|slide 3]]
+    <div class="orbit-caption">
+      Detailaufnahme der stromführenden Wicklungen einer Helmholtz-Spule.
+    </div>
+  </li>
+  <li>
+    [[Datei:HW_Magnetostatik_Helmholtz_(Anschlüsse).jpg|slide 4]]
+    <div class="orbit-caption">
+      Anschlüsse einer Helmholtz-Spule.
+    </div>
+  </li>
+  <li>
+    [[Datei:HW_Magnetostatik_Helmholz_klein_1.JPG|slide 5]]
+    <div class="orbit-caption">
+      Abstandshalter 5,5&thinsp;cm
+    </div>
+  </li>
+  <li>
+     [[Datei:HW_Magnetostatik_Helmholz_klein_2.JPG|slide 6]]
      <div class="orbit-caption">
-       vorne
+       Abstandshalter 5,5&thinsp;cm
      </div>
    </li>
    <li>
-     [[Datei:HW Elektrostatik Influenzmaschine hinten.jpeg|slide 2]]
+     [[Datei:HW_Magnetostatik_Helmholz_groß_1.JPG|slide 7]]
      <div class="orbit-caption">
-       hinten
+       Abstandshalter 35,5&thinsp;cm
      </div>
    </li>
    <li>
-     [[Datei:HW Elektrostatik Influenzmaschine Blitz.jpeg|slide 3]]
+     [[Datei:HW_Magnetostatik_Helmholz_groß_2.JPG|slide 8]]
      <div class="orbit-caption">
-       Blitz
+       Abstandshalter 35,5&thinsp;cm
      </div>
    </li>
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 </div>
-== Literatur ==
+<!-- == Literatur == -->
-Hier werden alle verwendeten Literaturen notiert.<ref>Homepage der Arbeitsgruppe Physik und ihre Didaktik: https://www.pi5.uni-stuttgart.de/de/forschung/physik-und-ihre-didaktik/index.html</ref>
-<references />
 {|
 https://i.creativecommons.org/l/by-nc-sa/3.0/de/88x31.png
-Dieses Werk ist lizenziert unter einer [https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.de Creative Commons  Namensnennung - Nicht-kommerziell - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International Lizenz.]
+Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut, AG Physik und ihre Didaktik, lizenziert unter [https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/deed.de CC BY-NC-SA 4.0]
 |}

HW