Experimentalphysik 2
Übungsblatt 8
Volker Ziesing, 22.06.2007

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1.) Dipolmoment eines Eisenatoms

2.) diamagnetisch und paramagnetisch

3.) elektrische und magnetische Feldstärke eines Blitzlichts

4.) Abstrahlung elektromagnetischer Wellen

Dipolmoment eines Eisenatoms

Das Dipolmoment eines Eisen-Atoms hat den Wert $\vert \vec{m} \vert=1,8 \cdot 10^{-23} Am^2$. Welchen Wert nimmt das Dipolmoment eines Eisenstabes der Länge l = 5cm und des Querschnittes A = 1 $cm^2$ an, wenn alle Dipole in die gleiche Richtung ausgerichtet werden? Welches Drehmoment hält diesen Magneten in einem externen Magnetfeld der Stärke 1,5 T rechtwinklig zur Magnetfeldrichtung?
$M_{\text{Fe}}= 55,9 g/Mol, \rho_{\text{Fe}} = 7, 9 g/cm^3$

diamagnetisch und paramagnetisch

Die Kraft auf einen magnetischen Dipol $\vert \vec{m} \vert$ in einem inhomogenen magnetischen Feld $\vec{B}$ ist gegeben durch $\vec{F}=\vec{m}\cdot \nabla\vec{B}$

a) Leiten sie diese Relation her.
b) Ein Stoff mit Volumen V und unbekannter magnetischer Suszeptibilität befindet sich in dem Magnetfeld eines geraden Leiters

$\vec{B}=\dfrac{\mu_0 I}{2\pi r^2}\cdot \left(-y,x,0\right)$

Welche Kraft wirkt auf einen diamagnetischen Stoff, welche auf einen paramagnetischen?

elektrische und magnetische Feldstärke eines Blitzlichts

Ein Blitzlicht (ist auch eine elektromagnetische Welle) mit 3 W Lichtleistung sendet einen Strahl aus, dessen Querschnitt ein Quadrat der Kantenlänge 10 cm ist. Der Strahl trifft auf eine Metallobefläche auf und wird reflektiert. Der reflektierte Strahl hat ebenfalls eine Leistung von 3W und wird durch einen oszillierenden Obeflächenstrom der auf der Metalloberfläche bewegten Ladungen hervorgerufen. Berechnen sie die Amplitude dieses Oberflächenstroms. Dafür bietet es sich an, zuerst die elektrische und magnetische Feldstärke des Blitzlichtes zu bestimmen.

Abstrahlung elektromagnetischer Wellen

Die Abstrahlung elektromagnetischer Wellen ist nicht nur auf den periodisch schwingenden Dipol beschränkt, sondern gilt ganz allgemein für beliebig beschleunigte Ladungen. Die abgetrahlte Leistung $P$ ist proportional zum Quadrat der Beschleunigung $a$

$P=\dfrac{a^2 e^2}{6 \pi \epsilon_0 c^3}$

Wie groß wäre demnach die abgestrahlte Energie
a) pro Umlauf
b) pro Sekunde
eines Elektrons im Wasserstoffatom, dass sich auf einer Kreisbahn mit einem Radius von $5,3 \cdot 10^{11} m$ mit einer kinetischen Energie von 13,6 keV bewegt? c) Wie würde sich der Bahnradius mit der Zeit ändern? Wie lange wäre die Lebenszeit eines Wasserstoffatoms?

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