Relativistische Elektrodynamik und Teilchenbahnen verstehen

Elektrische und magnetische Felder sind in der Relativität zwei Seiten eines gemeinsamen elektromagnetischen Feldes. Auf dieser Seite übst du Lorentzkraft, magnetische Bahnkrümmung, relativistischen Impuls und Feldtransformationen.

Die Aufgaben passen besonders zu Klasse 11–12 und verbinden Teilchenbeschleuniger, Synchrotronstrahlung, Detektorspuren und Unsicherheitsanalyse.

So löst du Aufgaben zu relativistischen Teilchenbahnen

  1. Bestimme Ladung, Geschwindigkeit, Impuls, E-Feld und B-Feld.
  2. Trenne elektrische Beschleunigung von magnetischer Richtungsänderung.
  3. Prüfe Vorzeichen, Bahnkrümmung, Lorentzfaktor und Einheiten.
  4. Bewerte Feldkalibrierung, Energieverlust und Detektorauflösung gemeinsam.

1. Test

Relativistische Elektrodynamik online üben

Test 1 zu Lorentzkraft, Magnetfeldern und Teilchenbahnen mit 5 Aufgaben und Lösungen.

Wähle eine Antwort. Prüfe anschließend Lorentzkraft, Impuls, Feldrichtung, Bahnkrümmung und Einheiten.

5 Fragen
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Richtig 0
Falsch 0
Offen 5
1. FrageMultiple Choice

Wie lautet die Lorentzkraft auf ein geladenes Teilchen?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: A

Die richtige Antwort ist: F = q(E + v × B)..

  1. Feld- und Bahngröße bestimmen: Ordne die Aufgabe Lorentzkraft, Bahnradius, relativistischem Impuls, Feldtransformation, Strahlung oder Detektor zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Die elektrische Kraft hängt von qE ab, die magnetische Kraft vom Kreuzprodukt qv × B.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet F = q(E + v × B).. Achte auf Ladung, Impuls, B-Feld, E-Feld, Lorentzfaktor und Einheiten.

Die elektrische Kraft hängt von qE ab, die magnetische Kraft vom Kreuzprodukt qv × B.

2. FrageMultiple Choice

Wann ist die magnetische Kraft auf ein Teilchen maximal?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: D

Die richtige Antwort ist: Wenn Geschwindigkeit und Magnetfeld senkrecht zueinander stehen..

  1. Feld- und Bahngröße bestimmen: Ordne die Aufgabe Lorentzkraft, Bahnradius, relativistischem Impuls, Feldtransformation, Strahlung oder Detektor zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Für den Betrag gilt F_B = |q|vB sin(α); bei α = 90° ist sin(α) = 1.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Wenn Geschwindigkeit und Magnetfeld senkrecht zueinander stehen.. Achte auf Ladung, Impuls, B-Feld, E-Feld, Lorentzfaktor und Einheiten.

Für den Betrag gilt F_B = |q|vB sin(α); bei α = 90° ist sin(α) = 1.

3. FrageMultiple Choice

Warum verrichtet ein ideales Magnetfeld keine Arbeit an einem Teilchen?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: C

Die richtige Antwort ist: Die magnetische Kraft steht senkrecht zur momentanen Geschwindigkeit..

  1. Feld- und Bahngröße bestimmen: Ordne die Aufgabe Lorentzkraft, Bahnradius, relativistischem Impuls, Feldtransformation, Strahlung oder Detektor zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Dadurch ändert sie die Bewegungsrichtung, aber nicht den Betrag der Geschwindigkeit.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Die magnetische Kraft steht senkrecht zur momentanen Geschwindigkeit.. Achte auf Ladung, Impuls, B-Feld, E-Feld, Lorentzfaktor und Einheiten.

Dadurch ändert sie die Bewegungsrichtung, aber nicht den Betrag der Geschwindigkeit.

4. FrageMultiple Choice

Wie bestimmt man die Richtung der magnetischen Kraft?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: B

Die richtige Antwort ist: Mit dem Kreuzprodukt v × B und dem Vorzeichen der Ladung..

  1. Feld- und Bahngröße bestimmen: Ordne die Aufgabe Lorentzkraft, Bahnradius, relativistischem Impuls, Feldtransformation, Strahlung oder Detektor zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Für positive Ladungen gilt die Rechte-Hand-Regel; bei negativer Ladung kehrt sich die Richtung um.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Mit dem Kreuzprodukt v × B und dem Vorzeichen der Ladung.. Achte auf Ladung, Impuls, B-Feld, E-Feld, Lorentzfaktor und Einheiten.

Für positive Ladungen gilt die Rechte-Hand-Regel; bei negativer Ladung kehrt sich die Richtung um.

5. FrageMultiple Choice

Was bewirkt ein homogenes elektrisches Feld bei einem geladenen Teilchen?

Bitte wähle zuerst eine Antwort aus.

Richtige Antwort: A

Die richtige Antwort ist: Es kann Arbeit verrichten und den Betrag der Geschwindigkeit beziehungsweise die Energie verändern..

  1. Feld- und Bahngröße bestimmen: Ordne die Aufgabe Lorentzkraft, Bahnradius, relativistischem Impuls, Feldtransformation, Strahlung oder Detektor zu.
  2. Relativistischen Zusammenhang anwenden: Die elektrische Kraft wirkt entlang oder entgegen dem Feld abhängig vom Ladungsvorzeichen.
  3. Ergebnis prüfen: Das Ergebnis lautet Es kann Arbeit verrichten und den Betrag der Geschwindigkeit beziehungsweise die Energie verändern.. Achte auf Ladung, Impuls, B-Feld, E-Feld, Lorentzfaktor und Einheiten.

Die elektrische Kraft wirkt entlang oder entgegen dem Feld abhängig vom Ladungsvorzeichen.

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Relativistische Elektrodynamik FAQ

Was ist die Lorentzkraft?

Die Kraft auf eine Ladung in elektrischen und magnetischen Feldern: F = q(E + v × B).

Warum krümmt ein Magnetfeld die Teilchenbahn?

Die magnetische Kraft steht senkrecht zur Geschwindigkeit und wirkt dadurch als Zentripetalkraft.

Was ist Synchrotronstrahlung?

Elektromagnetische Strahlung relativistischer geladener Teilchen auf gekrümmten Bahnen.

Gibt es Lösungen zu allen Aufgaben?

Ja. Jede Aufgabe enthält eine richtige Antwort, eine Erklärung und drei nachvollziehbare Lösungsschritte.