Die Animation veranschaulicht die Funktionsweise eines Konfokalmikroskops. Gezeigt wird der Querschnitt durch den idealisierten Aufbau. Eine monochromatische Lichtquelle strahlt die Oberfläche an. Die Lichtstrahlen gelangen auf jeden Punkt. Aus der Intensität der reflektierten Strahlen lässt sich die Entfernung der angestrahlten Punkte bestimmen.
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Beschreibung der Animation
Die Lichtquelle im rechten Bereich sendet monochromatisches Licht aus, das stets mit demselben Brechungsindex gebrochen wird.
Über einen halbtransparenten Umlenkspiegel in der Mitte gelangt das Licht auf die Fokuslinse.
Die Fokuslinse fokussiert das Licht auf die Oberfläche des Materials.
Das Licht wird von der Oberfläche reflektiert und durchdringt den halbtransparenten Spiegel.
Das Licht durchquert eine Lochblende. Die Lochblende ist so angeordnet, dass die Lichtstrahlen, die aus der Fokusebene stammen, die Lochblende am besten passieren. Lichtstrahlen, die nicht aus der Fokusebene reflektiert werden, können die Lochblende kaum passieren.
Die Animation zeigt im linken oberen Fenster ein 3D-Modell mit einem Hufeisenmagneten. Im Inneren des Magnetfelds befindet sich ein zylinderförmiger Leiter. Die Elektronen werden durch blaue Kugeln dargestellt.
Das Magnetfeld des Hufeisenmagneten kann bei Bedarf ein- und ausgeblendet werden.
Im rechten oberen Fenster werden die Objekte in einer Profilansicht dargestellt. In dieser Darstellung kann der Leiter mit der Maus verschoben werden.
Das Induktionsgesetz sagt voraus, dass sich die Elektronen in Bewegung setzen, wenn das Material im 90-Grad-Winkel zu den Feldlinien des Magnetfelds verschoben wird.
Das Induktionsgesetz lässt sich auch durch die folgende Formel ausdrücken, welche die Verhältnisse bei einem stromdurchflossenen Draht direkter beschreibt:
Die Formel teilt mit, dass die Höhe der Induktionsspannung proportional zur Bewegungsgeschwindigkeit des Materials ist.
Die Kurvendarstellung im rechten unteren Fenster zeigt die Geschwindigkeitsabhängigkeit der Induktionsspannung.
Die Feldlinien der Magnetfelder lassen sich einblenden.
Das Ampèresche Durchflutungsgesetz sagt voraus, dass sich um einen stromdurchflossenen Leiter ein kreisförmiges Magnetfeld herausbildet.
Hinweis: μ₀ ist die magnetische Feldkonstante. In der Profilansicht kann auch das resultierende Magnetfeld darstellt werden.
Das resultierende Magnetfeld entsteht durch die Vereinigung des dynamischen Magnetfelds um den Leiter mit dem statischen Magnetfeld des Hufeisenmagneten.
Das Lorentzkraftgesetz beschreibt die Kraft, die auf den stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld wirkt.
Diese Kraft wirkt der Bewegungsrichtung entgegen. Für die Verschiebung wird nicht nur ein Weg zurückgelegt, sondern auch eine Kraft aufgewendet – es wird mechanische Arbeit verrichtet.
In der technischen Anwendung wird diese technische Arbeit beispielsweise durch eine Turbine verrichtet.
Hinweis: Die Animation berücksichtigt den Unterschied zwischen technischer und physikalischer Stromrichtung. Elektronen werden durch blaue Kügelchen angedeutet und zeigen die physikalische Stromrichtung an. Die Symbolik aus Punkt und Kreuz bezieht sich auf die technische Stromrichtung.
Überblick und Download
| Titel | Elektromagnetische Induktion 1 |
| Zielgruppe | Lehrer/innen und Vortragende |
| Plattformen | Microsoft® Windows® Apple® Macintosh® |
| Features | Vollbildmodus verlustfreie Vergrößerung Großbildschirme und Leinwände unterstützt |
| Lizenz | Freeware |
| Download | Kontakt |
Mitwirkende
C. Hein, S. Rikowski
Quellen
- Autorenwerkzeug: Adobe Animate
- 3D-Engine für 3D-Modell: Papervision3D 2.0
- 3D-Rotationen: Algorithmus übernommen von Federico Calvo: http://blog.federicocalvo.com/2009/03/papervision-3d-sphere-globla-axis.html
- Gekrümmte Feldlinien: Klasse Bezier3D von Aleksandar Mancic
- Autorenwerkzeug (Steuerungselemente mitgeliefert): Adobe Animate
Versionshistorie
| Datum | Änderung |
| 2014-06-01 | Erste Version |
| 2024-02-09 | Neue Playeranwendung und kleinere Korrekturen |
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