2. Kursarbeit - bei heidingers.de

LK Physik 12/1
2. Kursarbeit aus der Physik
27.11.2008
Aufgabe 1: Begriffe
Erläutere folgende Begriffe mit jeweils einem Satz, einer kommentierten Formel und der
zugehörigem Größeneinheit.
a) Magnetische Spulenfeldstärke
c) Induktivität einer Spule mit Eisenkern
b) magnetischer Fluss
d) Energie des Magnetfeldes
Aufgabe 2: Induktion
a) Beschreibe mit Worten den Faraday'schen Induktionsbegriff und sein Induktionsgesetz.
b) Skizziere und beschrifte den Grundversuch zur Induktion mit Feldspule und
Induktionsspule
c) Gib die Durchführungsbeschreibung in mehreren Schritten an.
(1)
Wie wird die Feldstärkeänderung automatisiert ?
(2)
Welche Ausgangsgrößen werden jeweils verändert ?
d) Begründe aus den Ergebnissen das Induktionsgesetz.
e) Die Primärspule hat 34 Windungen bei einer Länge von 26,5 cm. Die Stromstärke wird in 11
sec automatisch auf 5 A hochgeregelt. Wie groß ist die erwartete Induktionspannung in
der zweiten Spule mit 150 Windungen und 20,25 cm2 Querschnittsfläche ?
Aufgabe 3: Herleitung: Induktion
a) Leite das Induktionsgesetz für veränderliche Feldstärke B (bei konstanter Fläche A) für
eine rechteckige Leiterschleife aus der Lorentzkraft her.
b) Erläutere und begründe die Vektorschreibweise des Induktionsgesetzes.
c) Was bedeutet das aus der Herleitung folgende negative Vorzeichen physikalisch ?
Aufgabe 4: Selbstinduktion
a) Erläutere den Begriff der Selbstinduktion einer Spule.
b) Skizziere und beschrifte jeweils den Versuch zur Einschaltverzögerung und zur
Ausschaltspannung beim Stromkreis mit einer Spule.
c) Erkläre die Beobachtungen.
d) Zeichne die zugehörigen Strom- bzw. Spannungsgraphen untereinander und erläutere mit
Hilfe graphischer Ableitung den Zusammenhang zwischen Stromstärke und Spannung.
e) Wie kann man beide Graphen sichtbar machen ? (Versuchsskizze und Erläuterung)
f) Welche Spannungsspitze entsteht, wenn man den Spulenstrom von 100 mA in 1 ms
abschaltet ? Die Induktivität der Spule sei 630 H.
Aufgabe 5: Magnetfeld eines langen Leiters
Um einen langen stromdurchflossenenen Leiter entsteht nach Örsted ein ringförmiges
Magnetfeld.
a) Leite den Zusammenhang zwischen Stromstärke I und Feldstärke B aus der Definition der
Stromstärke 1 A her.
b) Zwei geradlinige lange Leiter verlaufen in 10 cm Abstand parallel zueinander. Sie werden in
gleicher Richtung von den Strömen I1 = 15 A und I2 = 25 A durchflossen. Die Feldstärken
beider Leiter überlagern sich unabhängig. Berechne jeweils die Feldstärke in einem Punkt
(1)
der von beiden Leitern gleich weit entfernt ist.
(2)
der 2 cm von Leiter 1 und 8 cm von Leiter 2 entfernt ist.
(3)
In welchen Punkten heben sich die Feldstärken auf ?
Hinweis: Beachte die Richtung de Feldlinien zwischen beiden Leitern !
Aufgabe 6: Kraft auf zwei Spulen
Zwei gleiche, lange, zylindrische Spulen liegen koaxial so hintereinander, dass zwischen ihren
Stirnflächen ein sehr schmaler Spalt bleibt. Die Spulen haben je n = 4000 Windungen, sind je l
= 0,4 m lang und haben beide den Durchmesser d = 3,5 cm. Sie werden gleichsinnig vom
Strom I = 450 mA durchflossen.
Welche Kraft F üben die Spulen aufeinander aus ?
Anleitung: Man betrachtet zur Lösung die Energieänderung Wm, die das System der Spulen
erfährt, wenn man den Abstand zwischen den Spulenenden um die Strecke s verändert. Wm
ist gleich dem Produkt aus der gesuchten Kraft und der Strecke s.