Sexl Physik 7, Schulbuch

77 | 2.6 Geschlossene elektrische Feldlinien Ein Teil der durch das Induktionsgesetz beschriebenen Erscheinungen kann nicht durch die Lorentzkraft erklärt werden. Dies erfordert eine Erweiterung unserer Vorstellungen über elektrische Felder. Erinnern wir uns: In der Elektrostatik beginnen elektrische Kraftlinien in positi- ven Ladungen und enden in negativen Ladungen. Was ist nun neu? Wie der Thomson’sche Ringversuch zeigt, wirken in der Umge- bung eines zeitlich veränderlichen Magnetfelds auf Ladungen elektrische Kräfte. Die entsprechenden elektrischen Feldlinien sind in sich geschlossen. ( 77.1 ) Sie existieren immer dann, wenn sich ein magnetisches Feld ändert: Sie existieren auch im Vakuum, sie brauchen keinen materiellen Träger. Die Wirkung der geschlossenen elektrischen Feldlinien äußert sich in den be- schriebenen Versuchen auf zwei Weisen: a) In geschlossenen Leiterkreisen werden Ströme induziert. b) Im offenen Leiter erfolgt eine Ladungstrennung, die eine Spannung zwischen den Enden des Leiters induziert. Magnetische Feldlinien sind immer geschlossen. Zeitlich veränderliche Magnetfelder verursachen elektrische Felder mit geschlossenen elektrischen Feldlinien. Magneto-Enzephalografie – Gehirnaktivität beobachten Die elektrischen Ströme in den Nervenzellen des Gehirns verursachen Magnet- felder, die etwa eine Milliarde mal schwächer sind als das Erdfeld. Die Ent- wicklung von Detektoren für Magnetfelder dieser geringen Stärke (sogenannten Squids , „Superconducting Quantum Interference Device“ ) hat die Magneto-Enze- phalografie (MEG) ermöglicht. Schon lange hat man die Elektro-Encephalogra- fie zur Messung von Strömen an der Schädeloberfläche benutzt. Diese Ströme stehen jedoch nur in einem sehr indirekten Zusammenhang mit den Gehirnströ- men, da Gehirn, Schädelknochen und Kopfhaut ein äußerst komplexes elekt- risch leitendes System bilden. Im Gegensatz dazu gehen die Magnetfelder direkt von den sie verursachenden Strömen aus. Aus den Werten, die mit sehr vielen Sensoren gleichzeitig gemessen werden, wird der Ort berechnet, von dem das Magnetfeld ausgeht. ( 77.2 ) Die MEG erlaubt ohne chirurgischen Eingriff und ohne Strahlenbelastung die Darstellung des zeitlichen Verlaufs und die Lokali- sierung von Gehirnaktivitäten. Neben interessanten Erkenntnissen zur Wahrnehmung erhält man damit neue diagnostische Möglichkeiten bei Störungen im Gehirn, z. B. die Lokalisierung von Epilepsiezentren oder von Durchblutungsstörungen durch Miniinfarkte und den damit verbundenem Ausfall des Stoffwechsels von Nervenzellen. ( 77.3 ) E d d B t 0 ≠ 77.1 Ein zeitlich veränderliches Magnetfeld ruft geschlossene elektrische Feldlinien hervor. 77.2 Mit dem Magneto-Enzephalografen werden die schwachen Magnetfelder der Gehirnströme gemessen. Mit mathematischen Methoden wird anschließend der Ort der Ströme errechnet. 77.3 Etwa 0,1 s nach einem speziellen optischen Reiz zeigt sich erhöhte Gehirnak- tivität im linken Sehzentrum (Pfeil). Moderne Magneto-Enzephalografen erlauben durch hunderte gleichzeitig verwendete Sensoren eine hohe räumliche Auflösung. Der stimulierte Bereich des Sehzentrums wurde in Aufnahmen eingetragen, die mittels Magnet-Resonanz- Tomografie erhalten wurden. Teste dein Wissen 77.1 Beschreibe Oersteds Entdeckung 77.2 Welches Magnetfeld besteht rund um einen geraden stromführenden Leiter? 77.3 Wie heißt die Einheit des Feldes B ? Wie ist sie definiert? 77.4 Wie wirkt die Lorentzkraft? 77.5 Wie bewegen sich geladene Teilchen im Magnetfeld? 77.6 Warum üben parallele elektrische Ströme auf einander Kräfte aus? 77.7 Wovon hängt das Magnetfeld im Inneren einer langen Spule ab? 77.8 Wie kann man das Feld einer Strom durchflossenen Spule verstärken? 77.9 Was versteht man unter Ferromagnetismus? 77.10 Was sagt das Induktionsgesetz? 77.11 Was bedeutet der Begriff „magnetischer Fluss“? 77.12 Was versteht man unter Selbstinduktion? 77.13 Wie entstehen Induktionsspannungen? 77.14 Was versteht man unter Wirbelströmen? Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv