Frage E6

Physik
2014/15
Frage E6
a.) Oersted erkannte, dass eine nach Norden zeigende Kompassnadel durch einen
stromdurchflossenen Leiter, beispielsweise eine elektrische Batterie, abgelenkt werden kann,
indem man diesen ein- und ausschaltet.  Bei einem Stromkreis entsteht um ihn ein
Magnetfeld.
b.) Magnetfelder im Universum können bei Planeten, Sternen oder auch Galaxienhaufen
auftreten. Diese Magnetfelder entstehen in einem heißen ionisierten Gas, welches dadurch
leitend wird und elektrische Ströme zu Folge hat, welche die Induktion von magnetischen
Feldern herbeiführen.
Ein magnetisches Feld entsteht, wenn ein Elektron sich relativ zu einem Proton bewegt.
Galaxien: In einem ionisiertes Gas aus Protonen, Elektronen und Photonen werden durch
Bewegungsimpulse der Photonen Elektronen stärker bewegt als Protonen, was eine
Relativbewegung dieser zu Folge hat und einen Ringstrom und Magnetfeld herbeiführt.
Sterne: Protonen und Elektronen werden von einer Gravitationssenke zentral angezogen,
wobei Protonen durch ihre größere Masse stärker beschleunigt werden als Elektronen und
dies wiederum zu einer Relativbewegung führt.
Das Erdmagnetfeld entsteht durch Ströme von geladenen Teilchen im heißen flüssigen
Erdkern, welche ein Magnetfeld aufbauen. Dieses Magnetfeld schützt vor energiereichen
Teilchen, die meist von der Sonne stammen. Geladene Teilchen können das Magnetfeld nicht
durchdringen.
c.) Es geht immer um die drei Grössen: Strom I, Magnetfeld B und Kraft F.
Beim Motor wird elektrischer Strom zugeführt -> eine im Magnetfeld befindliche bewegbare
Spule erfährt eine Kraft.
Elektromotor: Hierbei wird durch Spannung eine Drehbewegung erzeugt, bei der elektrische
Energie in Bewegungsenergie umgewandelt wird. In Mitten einer Spule mit innerem
Eisenkern befinden sich zwei zueinander isolierte halbe Ringe, an welchen außen zwei
Metallbürsten vorbeigleiten. An diesen Bürsten schließt man Gleichstrom an, um Strom
durch diese in die Halbringe und die Spule fließen zu lassen, was wiederum ein Magnetfeld
aufbaut. Dieses befindet sich in dem Magnetfeld eines Hufeisenmagneten, was eine Drehung
durch das Abstoßen gleicher Pole und Anziehen ungleicher Pole zu Folge hat. Wenn sich
ungleiche Pole (Nord-Süd) gegenüberstehen, haben die Metallbürsten die isolierte Schicht
zwischen den halben Ringen erreicht und das Magnetfeld der Spule und des Eisenkerns baut
sich ab, bewegt sich aber etwas durch ihre Trägheit weiter und die Bürsten gelangen wieder
an den jeweils anderen halben Ring, was das Umpolen der Spule mit sich bringt und die Pole
tauschen ihre Position. Gleiche Pole stehen sich nun wieder gegenüber und stoßen sich
Paula Winter 8bw
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wiederum ab, was die Drehbewegung aufrechterhält.
Lautsprecher:
Der Lautsprecher entspricht einem Motor: Durch das Zuführen von elektrischen Strom wirkt
auf eine im Magnetfeld bewegliche Spule eine Kraft. Aus Strom wird Bewegung erzeugt.
Ein Lautsprecher wandelt elektrische Signale in Luft-Schallsignale um. Indem eine
Membrane, die mit einer Spule verbunden ist, in Schwingungen versetzt wird. Eine Spule
befindet sich im Feld eines Magneten mit Eisenkern, welche stromdurchflossen ein
Magnetfeld aufbaut.
Der Lautsprechermagnet ist nicht beweglich und daher wird wegen der Wechselwirkungen
beider Magnetfelder die bewegliche Spule angetrieben. Diese Bewegung wird an die an der
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Spule angebrachte Membran weitergeleitet. Die Spule schwingt in Abhängigkeit der
Frequenz des Wechselstroms hin und her.
d.) Festplatten besitzen meist bis zu drei Magnetplatten, die sich übereinander befinden und
von beiden Seiten von einem Schreib-/Lesekopf beschrieben und gelesen werden können.
Dieser stellt einen U-förmigen Metallkern dar, welcher an der Unterseite geöffnet ist und mit
Draht umwickelt ist. Fließt Strom durch den Draht, bildet sich ein Magnetfeld, welches das
Medium auf der Platte magnetisiert. Je nachdem wie das magnetische Feld polarisiert wurde,
wird bei diesem Vorgang eine 0 oder eine 1 „erstellt“, welche der Computer in Form von
Zahlencodes verarbeiten kann. Beim Lesen von Daten wird in den Draht Spannung induziert,
indem sich dieser der Magnetplatte nähert, was zur Entstehung eines Stromes führt, der sich
je nach Polarität des magnetischen Feldes ausrichtet.
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