2. Aufgaben: Magnetismus

Elektrotechnik
2. Aufgaben: Magnetismus
Interstaatliches Berufsbildungszentrum bzb, Hanflandstr. 17, Postfach, 9471 Buchs, www.bzbuchs.ch
1)
Welche Stoffe sind magnetisierbar (ferromagnetisch)?
Eisen (Stahl), Gusseisen, Nickel und Kobalt
2)
Welche Wirkung geht von Magneten aus?
Magnete ziehen Teile aus Eisen, Nickel und Kobalt an und
halten diese fest.
3)
Welcher Pol einer Kompassnadel zeigt Richtung Norden? Begründe!
Kompassnordpol zeigt zum magn. Südpol hin. Der magn. Südpol
liegt in der Nähe des geographischen Nordpols.
4)
Was passiert grundsätzlich in einem ferromagnetischen Stoff, wenn er magnetisiert wird?
Die Elementarmagnete (Molekularmagnete) richten sich aus.
5)
Welche Kraftwirkung üben zwei ungleichartige
Magnetpole aufeinander aus?
Welche Kraftwirkung üben zwei gleichartige Magnetpole aufeinander aus?
Anziehung
Abstossung
Beschrifte die Pole und zeichne die Feldlinien
ein:
Beschrifte die Pole und zeichne die Feldlinien
ein:
6)
Nenne verschiedene Möglichkeiten, wie Werkstoffe entmagnetisiert werden können:
durch Wechselstrommagn.feld ziehen, Ausglühen, Erschüttern
7)
Was versteht man unter Remanenz?
Restmagnetismus, der nach dem Magnetisieren zurückbleibt.
8)
Nenne drei Anwendungsbeispiele von:
a) hartmagnetischen Stoffen
b) weichmagnetischen Stoffen
Haftmagnete, Lautsprecher
Drehspul-Messgeräte
Läufer von Kleinmotoren
Elektromagnete, Relais
Schütze, Transformatoren
Motoren, Generatoren
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ã G. Lenherr
Elektrotechnik
2. Aufgaben: Magnetismus I
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1)
Welche Form haben die Feldlinien um einen stromdurchflossenen Leiter?
konzentrische Kreise
2)
Beschrifte die Pole und erläutere was für eine Wirkung die Magnetpole aufeinander ausüben:
Anziehung
Abstossung
3) a) Wo ist bei einem Stabmagneten die Feldliniendichte am grössten?
b) An welcher Stelle eines Magneten ist die Kraftwirkung am stärksten?
a) an den Polen
b) ebenfalls an den Polen
4)
Bewickle den Kern so, dass er wie angegeben
magnetisiert wird:
N
5)
Zeichne den vollständigen Verlauf und die Richtung der magnetischen Feldlinien auf:
S
S
N
-
6)
N
S
+
Nenne vier Eigenschaften des magnetischen Feldes:
- Feldlinien erfüllen den ganzen Raum
- Feldliniendichte zeigt Kraftwirkung an
- Feldlinien treten am Norpol aus und am Südpol wieder ein
- Feldlinien schneiden sich nie; bilden geschlossene Linienzüge
7)
Parallelgeführte, stromdurchflossene Leiter - Zeichne die Feldlinien auf und erkläre was passiert:
Was passiert?
Abstossung
Begründung?
Die Feldverstärkung bewirkt
eine Kraft, welche die Leiter
auseinander drückt.
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2. Aufgaben: Magnetismus II
Elektrotechnik
Interstaatliches Berufsbildungszentrum bzb, Hanflandstr. 17, Postfach, 9471 Buchs, www.bzbuchs.ch
1)
Was hat das Magnetfeld im Innern einer stromdurchflossenen Spule für Eigenschaften?
Feldlinien verlaufen parallel und schneiden sich nicht. Weiter
haben die Feldlinien eine gleichmässige Dichte. (homogen!)
2)
Von welcher physikalischen Grösse ist die Richtung des Magnetfeldes in einer Spule abhängig?
von der Richtung des Stromes
3)
Ergänze: Die Austrittsstelle der Feldlinien einer Spule nennt man auch hier ....Nordpol....... ,
die Eintrittsstelle ..........Südpol.............. .
4)
Zeichne die Stromrichtung in der Windung ein:
5)
Beschrifte die Pole an der Windung:
N
+
S
6)
Warum hat eine Spule mit vielen Windungen ein stärkeres Magnetfeld, als eine Spule mit nur
wenigen Windungen, wenn beide Spulen vom gleichen Strom durchflossen werden?
Die schwachen Magnetfelder einer einzelnen Windung werden
additiv überlagert; es entsteht ein starkes Magnetfeld.
7)
Ein Relais hat eine Spule mit 5750 Windungen. Zur Betätigung ist ein Gleichstrom von I = 5mA
notwendig. Wie gross ist die Durchflutung?
Q = I * N = 0.005A * 5750 = 28.75A
8)
a) Welche Spule hat die grössere Durchflutung Q?
b) Zeichne bei beiden Spulen die Pole ein:
I1 = 1A
+ + + +
Q = I * N = 4 * 1A = 4A
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I2 = 0.5A
+ + + +
+ + + +
Q = I * N = 8 * 0.5A = 4A
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2. Aufgaben: Magnetismus II
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9)
Beschreibe mit Worten, wie die magnetische Feldstärke H definiert ist:
Das Verhältnis von Durchflutung zur mittleren Feldlinienlänge.
10) Vervollständige die Tabelle:
Magnetische Grösse
Symbol
Einheit
Feldstärke
H
A/m
Durchflutung
Q
A
11) Mit welcher mathematischen Formel lässt sich die magnetische Feldstärke H berechnen? Und
was für eine SI-Einheit hat die magnetische Feldstärke?
H = Q / l = (I * N) / l
[A/m]
12) Welche der Spulen hat die grössere Feldstärke, wenn beide vom gleichen Strom durchflossen
werden?
a)
b)
Antwort:
Begründung:
Spule b)
kürzere Feldlinien à grössere magnetische Feldstärke
13) Was versteht man unter einem hartmagnetischen Stoff?
Stoff mit grosser Remanenz z.B Dauermagnet
14) Parallelgeführte, stromdurchflossene Leiter - Zeichne die Feldlinien auf und erkläre was passiert:
Was passiert?
Anziehung
Begründung?
Feld zwischen den Leitern wird
geschwächt. Resultierendes
Feld wirkt wie ein Gummiband.
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2. Aufgaben: Magnetismus III
Elektrotechnik
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1)
Was versteht man unter dem magnetischen Fluss?
Der magnetische Fluss ist die Summe aller Feldlinien.
2)
Welches Formelzeichen und welche Einheiten wird für die magnetische Flussdichte verwendet?
[Vs/m2] = [T] Tesla
B=F/A
3)
4)
Vervollständige die Tabelle:
Magnetische Grösse
Symbol
Einheit
Flussdichte
B
Vs/m2 = T
Feldstärke
H
A/m
Fluss
F
Vs
Durchflutung
Q
A
Welche Grössen werden in der Magnetisierungskennlinie dargestellt?
Die magnetische Feldstärke H auf der horizontalen Achse und
die magnetische Flussdichte B auf der Vertikalen.
5)
Was sagt die Hysteresekurve über die Ummagnetisierungsverluste aus?
Der Flächeninhalt der Hysteresekurve ist ein Mass für die
Ummagnetisierungsverluste.
6)
Zeichne die Stromrichtung in der Windung ein:
7)
Beschrifte die Pole an der Windung:
S
+
N
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Elektrotechnik
2. Aufgaben: Magnetismus III
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8)
Welche Grössen kann man aus der Ummagnetisierungskurve (Hysteresekurve) entnehmen?
Koerzitivfeldstärke HC und Remanenzflussdichte Br
9)
Wie gross ist die magnetische Flussdichte B bei einer Feldstärke H von 1200 A/m in
a) Gusseisen
b) Stahlguss
c) kaltgewalztem Blech
d) und Luft ?
a) » 0.38 T
b) » 1.46 T
c) » 1.90 T
d) Wichtig : mr Luft = 1
B = m0 * mr * H
B = 1.257*10-6 Ws/m * 1200 A/m
B = 1.508 * 10-3 T
10) Was sagt die relative magnetische Leitfähigkeit mr aus?
wievielmal besser das ferromagnetische Material die Feldlinien
leitet als Luft bzw. Vakuum.
11) Wie gross ist die magnetische Feldkonstante m0 ?
m0 = 1.257 * 10-6 Ws/m
12) Berechne die Durchflutung, wenn die Spule mit 5A durchflossen wird?
Q = I * N = 5A * 8 = 40A
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