Protokoll der Physikstunde vom 18

Protokoll der Physikstunde vom 18.01.2005
Protokollant: Christopher Stahlhofen
Abwesende: Bentz, Kajzer, Kunz, Schmaltz, Schmidt, Wagner, Woodrum
Die Kommentare sind jeweils kursiv und in blau geschrieben.
Anknüpfung an 4.3. der letzten Physikstunde vom 11.01.2005
b) Lenz’sche Regel:
1)Aufbau
2)Durchführung
Der bifilar aufgehängte Ring schwingt nur senkrecht zum Eisenkern. Der Strom wird
kurzgeschlossen und wieder geöffnet.
Die bifilare Aufhängung ist für diesen Versuch besser als eine einfache geeignet, weil der
Faden sich nicht in alle Richtungen drehen kann, sondern nur nach vorne und hinten
schwingen kann, was für diesen Versuch benötigt wird. Gleichzeitig ist diese Aufhängung
isoliert, damit auf sie keine elektrische Einwirkung erfolgen kann.
3)Beobachtung
-
Beim Einschalten wird der Aluring ( kurz ) abgestoßen
Beim Ausschalten wird der Aluring ( kurz ) angezogen
Hier ist mit „kurz“ gemeint, dass der Aluring nach dem Abstoßen bzw. nach dem Anziehen
wieder in seine Ausgangslage zurückkehrt, sobald dauerhaft Strom fließt. Damit mit dem
Versuch eine eindeutige Beobachtung erfolgen kann, muss vor Versuchsbeginn der Faden
für die Aufhängung des Aluringes im Stillstand sein. Ebenso ist für den Versuch eine
Gleichspannung wichtig, da dann wegen der actio und reactio ein eindeutiges Feld, das in
eine Richtung gepolt ist, aufgebaut ist. Würde es eine Wechselspannung geben, gäbe es
wegen der permanenten actio und reactio eine ständige Umpolung, wie es in der vorigen
Physikstunde verlief, der Aluring pendelte bzw. klapperte.
4)Schülerversuch
Diesen Verlauf kann man an einem Oszilloskop sehen, wenn man ein Netzteil anschließen
würde. Der Verlauf der Kurve ist ideal, weil ein ständiger Wechsel von An- und Ausschaltung
erfolgt. Nur solange der Strom an ist, wird abgestoßen bzw. angezogen.
5)Erklärung
B
Das im Aluring erzeugte Magnetfeld
-
Die erzeugende Spannung
-
U = -n*Φ’ = -n*A*B’ , d.h. die Induktionsspannung wirkt der Magnetfeldänderung B’
U
1
2
stößt sich vom Erzeugerfeld
B
-
und die erzeugte Spannung
1
ab.
U sind entgegengesetzt.
i
i
entgegen.
Klärung der Frage, wie das Magnetfeld aussieht. Zur Klärung dieser Frage hilft die
Betrachtung der Strombewegung des Induktionsstroms. Diese Bewegung hat seine
Ursache darin, dass die erzeugte Spannung
im Ring entsteht. Dadurch ist der
i
U
Induktionsstrom nach vorne unten gerichtet, diese Tatsache hängt mit der Überlegung
der Lorentzkraft zusammen (Rechte-Hand-Regel).
Die Zunahme eines Feldes erzeugt eine negative Spannung, also eine Spannung in
entgegengesetzter Richtung. Wir beobachten also, dass der Aluring angezogen wird,
wenn das Feld stärker wird und umgekehrt.
6)Regel
Der Induktionsstrom ist so gerichtet, das er der Ursache seiner Entstehung
entgegenwirkt.
c)Energieerhaltung:
Die „Induktionsenergie“ wird dem Erzeugerfeld (Erregerfeld) entnommen.
- Beim Aufbau wird der Erzeuger (Erreger) geschwächt.
- Beim Abbau wird das Erzeugerfeld verstärkt.
Ziel ist die Selbstinduktion, das Feld wächst schnell.
Zur Klärung der Frage, was denn ist, wenn der Aluring weg ist und wie sich das Magnetfeld
dann aufbaut, hilft die magnetische Trägheit.
d)magnetische Trägheit:
Idee hierfür ist eine Magnetspule mit einer hohen Windungszahl
1)Versuch
Frage: Gehen beide Glühbirnen gleichzeitig an?
2)Beobachtung
Die Glühbirne, die mit der Magnetspule in Reihe geschaltet ist, leuchtet verzögert.
Vermutung: Der Eisenkern mit der Magnetspule muss den elektrischen Fluss beeinflussen,
trotz der hohen Windungszahl n ist dieser Einfluss nur so gering, dass diese in Reihe
geschaltete Glühbirne, verglichen mit der anderen Birne, mit minimaler Verzögerung
schließlich auch leuchtet. Da es sich um magnetische Trägheit handelt, also eine spezielle
Form der Trägheit, hilft es aus dieser den Sinn abzuleiten. Sie besagt, dass ein Körper in
Ruhe verharrt oder sich in einer gleichförmigen Bewegung befindet, wenn er nicht durch eine
Kraft daran gehindert wird diesen Bewegungszustand zu ändern. Auf unseren elektrischen
Stromkreis bezogen könnte dies heißen, dass durch die Spule das Magnetfeld beeinflusst
wird, sodass die anliegende Glühbirne schließlich verzögert leuchtet