6. Übung (26. Januar 2009)

Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Institut für Werkstoffwissenschaften 6 / AlN
Martensstr. 7, 91058 Erlangen
Übungen zur Vorlesung WET I
Dr.-Ing. Matthias Bickermann, Prof. Dr. A. Winnacker
6. Übung (26. Januar 2009)
1. Magnetische Induktion
Gegeben sei folgender Schaltungsaufbau. Man findet folgenden zeitlichen Verlauf
der magnetischen Induktion B(t) in der Spule L:
⎧⎪ B0
t −t
B(t ) = ⎨
− 0
⎪⎩B0 e R⋅L
L
t < t0
t ≥ t0
R
a) Skizzieren Sie B(t) und erklären Sie, wie dieser Verlauf zustande kommen kann.
b) Berechnen Sie die induzierte Spannung Uind und skizzieren Sie Uind(t).
2. Magnetische Hysterese
Berechnen Sie die Energie die bei einem vollständigen Zyklus folgender Hysteresekurve verbraucht wird, wenn das Volumen des Ferromagneten 1 cm3 beträgt.
B
2T
0.5T
H
100A/m
400A/m
3. Magnetische Domänenbildung
Für die Bildung einer Blochwand (Begrenzung zweier Domänen unterschiedlicher
Orientierung der Magnetisierung) sei die Energiedichte wd notwendig. Die magnetische Feldenergiedichte berechnet sich bei n Domänen zu wm = B²/(2 n µ0 µr). Berechnen Sie die Anzahl n der sich bildenden Blochwände mit der Forderung, dass die
Gesamtenergiedichte des Systems (Energie der Blochwände und Domänen) minimal
ist.
4. Spule mit Eisenkern
Eine 20 cm lange Spule (Innenquerschnitt 2 cm2) mit 100 Windungen wird von einem
Strom mit 10 A durchflossen. Der Kern der Spule sei ein Eisenblech, dessen Induktionsflussdichte bei gegebenem Magnetfeld in Diagramm unten angegeben ist.
a) Berechnen Sie das Magnetfeld H in der Spule.
b) Wie groß ist die magnetische Induktion B?
c) Welche magnetische Permeabilität µr besitzt das Eisenblech unter den gegebenen
Bedingungen?
d) Berechnen Sie die Feldenergie E der Spule.
5. Magnetische Datenspeicherung
a) Wie groß ist die Fläche einer Informationseinheit (1 bit) auf einer handelsüblichen
3,5“-Festplatte mit 250 GB Kapazität? Wir nehmen an, dass sich vier beidseitig
beschreibbare 3,5“-Platten im Gehäuse befinden, deren Fläche bis auf einen Innendurchmesser von 35 mm voll nutzbar ist, und dass keine Overhead-Daten anfallen.
b) Wie groß wäre demgegenüber die Fläche von 1 bit bei einer DVD? Eine DVD
enthält 4,7 GB einseitig auf einer Scheibe mit 120 mm nutzbarem Durchmesser
exklusive einem Innenbereich mit 42 mm Durchmesser.