Universität GH Paderborn - Fachbereich Physik

Universität Paderborn – Fakultät für Naturwissenschaften - Physikalisches Praktikum
E12 Induktionspendel
Zur Vorbereitung:
Induktion, magn. Feld, magn. Flussdichte, MaxwellGleichungen, Schwingungen, mathematisches und physikalisches Pendel, Dämpfung, Wirbelströme
Messen Sie den tatsächlichen Verlauf der induzierten Spannung (Spulenstrom = 1 A). Berechnen Sie die Flussdichte im
Luftspalt aus dem induzierten Spannungsstoß. Vergleichen
Sie das Ergebnis mit der Theorie.
Bitte denken Sie daran, einen USB-Datenträger (z.B. Memory-Stick) für die Messdaten mitzubringen !
Nehmen Sie bei den verschiedenen vorhandenen Dämpfungswiderständen (50, 10 und 2 Ohm) und ohne elektrische
Dämpfung den Verlauf der Geschwindigkeit über mindestens
10 Perioden auf und bestimmen Sie daraus jeweils die Abklingkonstante (Verhältnis zweier aufeinander folgender
Auslenkungsamplituden). Vergleichen Sie das Verhalten mit
dem für eine geschwindigkeitsproportionale Dämpfung (lineares Dämpfungsglied in der Schwingungs-DGl).
Versuchsanordnung:
Ein Pendel der Länge l = 0,6 m mit einer am Ende befestigten
quadratischen Spule mit 100 Windungen und einer Größe von
ca. 40 x 40 mm (außen) schwingt an seinem tiefsten Punkt
durch ein statisches Magnetfeld. Die Spule hat eine Masse
von 40 g, der Pendelstab eine Masse von 15 g. Das Feld wird
durch einen einstellbaren Strom (max. 1 A !) in einem Spulenpaar erzeugt. Der Luftspalt hat eine einstellbare Breite und
eine Größe von 40 x 40 mm. Alle weiteren Daten sollen beim
Versuch bestimmt werden.
Die Messungen erfolgen durch ein Datenerfassungssystem
CASSY mit 2 A/D-Kanälen und der dazu gehörenden Software. Auf Kanal A liegt ein Signal an, das proportional zur
Winkelgeschwindigkeit ω des Pendels ist, auf Kanal B wird
die in der Spule induzierte Spannung Uind gemessen.
Aufgabe:
Schätzen Sie den Verlauf der induzierten Spannung Uind(t)
theoretisch ab (für einen willkürlichen Wert der magnetischen
Induktion B und eine Anfangsauslenkung von 20°).
Berechnen Sie dazu die Geschwindigkeit des Pendels beim
Durchgang durch das Feld. Das Pendel kann dabei statt als
physikalisches Pendel zunächst näherungsweise als mathematisches Pendel betrachtet werden. Schätzen Sie den Fehler ab,
der durch diese Näherung auftritt.
Kalibrieren Sie den Sensor für die Winkelgeschwindigkeit
durch Messungen im Nulldurchgang bei verschiedenen Anfangsauslenkungen.
Messen Sie für die Dämpfungen von 10 und 2 Ohm (Spulenstrom 1 A) für 2 aufeinander folgende Perioden die Geschwindigkeit und die induzierte Spannung gleichzeitig und
bestimmen Sie den durch die Dämpfung entstandenen Energieverlust für die Pendelenergie sowohl aus dem ω (t ) Diagramm (aus der Differenz aufeinander folgender Maximalausschläge) als auch aus der geleisteten elektrischen Arbeit (Hinweis: das dazu nötige Zeitintegral von U2 kann mit
dem CASSY-Programm einfach ausgemessen werden)
Literatur : [GK], [HR], [Ti], [St]
Version 02-08-2006