Induktion

Induktion
1. Die beiden in der Abb. dargestellten Kreise befinden sich so hintereinander, dass sich
ihre magnetischen Feldlinien durchdringen. In welche Richtung fließt der induzierte
Strom im rechten Stromkreis, wenn der Widerstand im linken Kreis
(a) erhöht wird?
(b) erniedrigt wird?
Lösung: Magnetfeld in der linken Spule in die Zeichenebene
(a) R ↑⇒ I ↓, d. h. Magnetfeld erniedrigt sich in der rechten Schleife. Der Induktionsstrom in der rechten Schleife ist parallel zum bestehenden Magnetfeld, um der
Abnahme entgegenzuwirken. Der Strom fließt im Uhrzeigersinn.
(b) R ↓⇒ I ↑, d. h. Magnetfeld ernöht sich in der rechten Schleife. Der Induktionsstrom
in der rechten Schleife ist entgegengesetzt zum bestehenden Magnetfeld, um der Zunahme entgegenzuwirken. Der Strom fließt gegen den Uhrzeigersinn.
2. Batterielose Taschenlampe
In einem Katalog wird eine neuartige Taschenlampe angeboten: Weltneuheit: Immer
einsatzbereit. Kurze Zeit in Längsrichtung schütteln (siehe Abbildung) reicht aus,
und schon hat man Dauerlicht.
(a) Erklären Sie, warum durch das Schütteln eine elektrische Spannung erzeugt
werden kann.
(b) Planen Sie ein Experiment, mit dem die Erzeugung einer solchen Spannung
demonstriert werden kann.
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(c) Geben Sie weitere Bauteile an, die außer Spule und Magnet noch zum Betrieb
dieser Lampe notwendig sind. Begründen Sie Ihre Auswahl. Fertigen Sie eine
Schaltskizze der Lampe an.
Quelle: Bildungsstandards im Fach Physik für den Mittleren Schulabschluss, Beschluss vom 16.12.2004
Lösung: (a) Durch das Schütteln der Lampe wird eine Änderung des Magnetfeldes innerhalb der
Spule hervorgerufen und dadurch eine Spannung induziert.
(b) Z. B. einen Magent an eine Feder hängen, und zu Schwingung anregen. Der Magent
pendelt dann in eine Spule hinein und heraus und indiziert dort eine Spannung, die
mit einem Voltmeter nachgewiesen werden kann.
(c) Für einen fünfminütigen Dauerbetrieb ist ein Energiespeicher (Akkumulator oder
Kondensator) notwendig. Dieser kann nur durch Gleichstrom geladen werden. Deshalb
ist eine Gleichrichtung des Induktionsstroms notwendig. Dies kann mit einer Diode
erreicht werden
3. Ein Flugzeug fliegt über der Antarktis in konstanter Höhe genau auf den Südpol zu.
Erkläre ganz genau anhand von Skizzen und bekannten Gesetzen, deren Name und
Inhalt anzugeben ist, welche Flügelspitze sich wie auflädt.
Lösung: Der geografische Südpol ist der magnetische Nordpol der Erde. Die magnetischen Feldlinien zeigen in der Nähe des Südpols also vom Boden nach oben.
Südpol
Blick von oben
S
~
v
~
B
Erde
~
F
N
−
+
Südpol
Osten
Westen
Wegen der negativen Ladung des Elektrons verwenden wir die Linke-Hand-Regel“:
”
~ Zeigefinger, F
~ : Mittelfinger.
~v : Daumen, B:
Die Kraft auf ein Elektron zeigt also noch Osten, d.h. die östliche Flügelspitze lädt sich
negativ, die westliche positiv auf.
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4. Der Strom durch die Spule in nebenstehender
Abbildung wird abgeschaltet. Welche Polung
hat die Induktionsspannung in der Leiterschleife kurz nach dem Abschalten? Zitiere
die verwendete Regel (Name und Inhalt) und
erläutere Schritt für Schritt, wie du zu deinem Ergebnis kommst. Welche Wirkung hat
der Eisenkern der Spule auf die Induktionsspannung?
Lösung: Der Spulenstrom fließt von plus nach minus, das
Spulenfeld zeigt von rechts nach links.
Lenzsche Regel: Der Induktionsstrom Ii fließt
”
so, dass er der Feldänderung durch die Leiterschleife entgegenwirkt.“
~ schwächer wird, zeigt das vom InduktionsDa B
~ i in die gleiche Richtung
strom erzeugte Feld B
~
wie B, P wird also negativ und Q positiv.
Eisenkern
+
−
P Q
Ii
I
~
B
−
+
−
+
P Q
Der Eisenkern bewirkt ein größeres Magnetfeld und damit auch eine größere Induktionsspannung.
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