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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-[[Kategorie:Magnetostatik]]
+[[Kategorie:Elektromagnetismus]]
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-Helmholtz-Spulen (nach Hermann von Helmholtz<ref>Magnetfeld einer Helmholtz-Spule: https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/stroeme-magnetisches-feld/grundwissen/magnetfeld-einer-helmholtz-spule</ref>) beschreiben eine Anordnung von zwei identischen Spulen mit großem Radius, deren Abstand zueinander gleich dem Radius ist. Sie werden häufig dann eingesetzt, wenn man in Experimenten ein annährend homogenes Magnetfeld erreichen will.
+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'''
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+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'''
-(folgt noch)
+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 ===
-(folgt noch)
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-[[Datei:HW_Magnetostatik_Helmholtz.jpg|center|Helmholtz-Spulenpaar.]]
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-=== Experimente ===
-(Noch keine.)
-=== Betriebsanweisungen ===
+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:
-(Keine.)
+* 35,5&thinsp;cm
+* 15,5&thinsp;cm
+* 5,5&thinsp;cm
+<!-- === Experimente === -->
+<!-- === Betriebsanweisungen === -->
 === Bedienungsanleitung des Herstellers ===
 * [https://www.3bscientific.de/product-manual/1000906_DE.pdf Bedienungsanleitung 3B Scientific Physics]
+</div>
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+[[Datei:HW_Magnetostatik_Helmholz_mittel_2.JPG|600px|thumb|right|Helmholtz-Spulenpaar mit mittlerem Abstand]]
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    <h3 class="subheader"><span style="display:inline;"></span> Wichtige Daten</h3>
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 | Sammlungsposition
-| (folgt): 5c
+| Elektronik: 5c
 |-
 | Hersteller
-| 3B Scientific
+| PhyWe
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-| Sonstiges
+| Durchmesser der Spulen
-| (folgt noch)
+| 30&thinsp;cm
+|-
+| Windungszahl
+| 124
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+| Max. Dauerstromstärke
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+| Spulenwiderstand
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 === Fotos ===
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+      Abstandshalter 15,5&thinsp;cm
+    </div>
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+      Abstandshalter 15,5&thinsp;cm
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+    [[Datei:HW_Magnetostatik_Helmholtz_(Wicklungen).jpg|slide 3]]
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+      Detailaufnahme der stromführenden Wicklungen einer Helmholtz-Spule.
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+    [[Datei:HW_Magnetostatik_Helmholtz_(Anschlüsse).jpg|slide 4]]
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+      Anschlüsse einer Helmholtz-Spule.
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+    [[Datei:HW_Magnetostatik_Helmholz_klein_1.JPG|slide 5]]
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-== Literatur ==
+<!-- == Literatur == -->
-<references />
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-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