Teil 5, 2. Übungsstunde

Übungen Physik, FF2
SS 2015
Teil 5, 2. Übungsstunde
5.2.1. a) Wir blicken in Richtung des Stroms eines geradlinigen Leiters. Wie groß ist das Magnetfeld des Leiters
und welche Form hat es (Skizze)? In welche Richtung zeigt es oberhalb des Leiters und links vom Leiter?
b) Eine 50 cm lange Spule mit einem Durchmesser von 1,35 cm erzeugt in ihrer Mitte ein Magnetfeld von
0,3 mT. Wie groß muß der Strom durch die Spule sein, wenn sie aus 1000 Windungen besteht?
5.2.2. In einer Spule mit 800 Windungen, einer Länge von 5 cm und einem Widerstand von 45 Ω soll ein magnetisches Feld von 12mT erzeugt werden.
a) Welche Spannung muss an die Spule angelegt werden?
b) Skizzieren Sie das Magnetfeld! Geben Sie zwei Möglichkeiten an, mit der man das magnetische Feld
verdoppeln kann!
5.2.3. Die Länge einer Spule kann man wie bei einer Spiralfeder ändern. Sie hat 40 Windungen und ist ursprünglich 30 cm lang.
a) Welche Stromstärke erzeugt ein Magnetfeld von B = 0, 02 mT?
b) Man drückt die Spule auf 20 cm zusammen. Wie groß ist jetzt das Magnetfeld? Welche Stromstärke
benötigt man, um das ursprüngliche Magnetfeld wieder herzustellen?
5.2.4. In zwei parallelen Leitern (Abstand r = 8 cm) hat der Strom dieselbe Richtung (I1 = 12 A, I2 = 3 A).
a) Zeichnen sie die Magnetfeder ein, die die beiden Ströme jeweils am Ort des anderen Stroms erzeugen.
Zeichnen sie die Lorentzkräfte ein, die auf die beiden Ströme wirken!
b) Berechnen Sie die Kraft pro Länge zwischen den Leitern!
c) In welcher Entfernung vom ersten Leiter heben sich die Magnetfelder der beiden Ströme gegenseitig
auf? Zeichnen Sie für diesen Punkt die Richtung der Magnetfelder ein!
5.2.5. Der abgebildete Magnet hat auf der rechten Seite seinen Südpol. Die Schleife wird
nach rechts bewegt. Das untere Bild zeigt die Situation um ∆t = 0, 1 Sekunden
später als das obere Bild. Die Leiterschleife hat den Widerstand R = 100 Ω.
a) Warum entsteht in der Schleife ein Induktionsstrom?
b) Berechnen Sie die Induktionsspannung und den Induktionsstrom!
c) Zeichnen Sie die Richtung des Magnetfeldes und des Induktionsstromes ein!
5.2.6. Die Leiterschleife (horizontale Länge L = 4 m, Höhe h = 0, 8 m) besitzt ein
bewegliches, vertikales Leiterstück und befindet sich in einem Magnetfeld B.
a) Bestimmen Sie den magnetischen Fluss Φ durch die gesamte Schleife und die
Feldstärke B!
b) Das vertikale Leiterstück wird mit der konstanten Geschwindigkeit v = 0, 5 m/s
nach links bewegt. Berechnen Sie die Induktionsspannung und die Richtung des
Induktionsstroms, die dabei entstehen!
5.2.7. Eine Spule wird von einem Strom durchflossen. Die Stromstärke steigt in
den ersten drei Sekunden gleichförmig von 0 A auf 6 A. In den nachsten vier
Sekunden bleibt die Stromstärke gleich und in den letzten zwei Sekunden
sinkt sie gleichförmig von 6 A auf 0 A. Hinter der Spule befindet sich ein
Ring. Die gegenseitige Induktivität beträgt 1 L2 = 0, 5 H.
Berechnen Sie die Induktionsspannung im Ring und zeichnen Sie den
zeitlichen Spannungverlauf im unteren Diagramm ein
5.2.8. a) Wie lautet das Induktionsgesetz in Worten und als Formel?
b) Welche Art von Flussänderung gibt es? Ist es für das Induktionsgesetz wichtig, auf welche Art der Fluß
geändert wird?
5.2.9. Welche Induktionsspannung wird in einer Spule mit 75 Windungen induziert, wenn der magnetische Fluss
durch die Spule innerhalb von 3 s gleichförmig um 5 · 10−5 Tm2 zunimmt?
5.2.10. Eine lange Spule mit der Länge l = 0, 1 m und der Querschnittsfläche A = 0, 05 m2
besitzt N1 = 200 eng gewickelte Drahtschleifen. Um diese Spule herum ist eine zweite
Spule mit N2 = 10 Windungen gewickelt. Der gesamte Fluss aus der Spule 1 geht auch
durch die Spule 2.
a) Berechnen Sie die gegenseitige Induktivität 1 L2 der beiden Spulen!
b) Der Strom I1 durch die erste Spule nimmt gleichförmig von 0 bis 10 A in 0, 1 s zu.
Wie groß ist die Induktionsspannung in der zweiten Spule? Fließt der Induktionsstrom
in der zweiten Spule in dieselbe Richtung wie I1 oder in die entgegengesetzte Richtung?
2
C
ε0 = 8, 854 · 10−12 Jm
2,
1
4πε0
2
≈ 1010 Jm
C2 ,
Vs
Vs
µ0 = 1, 256 · 10−6 Am
≈ 4π · 10−7 Am