Grundkurs Experimentalphysik

Technische Universität Chemnitz
Institut für Physik
Professur Physik fester Körper
13.6.12
Grundkurs Experimentalphysik
24. Übung
24.1 Eine kreisförmige Schleife mit dem Radius R bestehe aus N eng aneinander liegenden
Drahtwicklungen, die von einem externen Magnetfeld durchsetzt werden, das senkrecht zur Ebene
der Wicklungen steht. Das Magnetfeld habe die Stärke B = B0⋅(1-r/2R)⋅cos(ωt), wobei R der
Radius der Schleife und r ein beliebiger Radius im Inneren der Schleife ist. Außerhalb der Schleife
sei das Magnetfeld Null. Berechnen sie die in der Schleife induzierte Spannung.
24.2 Ein zylindrischer Stabmagnet mit dem Durchmesser d = 2 cm besitze ein Magnetfeld von
B = 0,1 T in seinem Mittelpunkt. Teilt man den Magneten in zwei gleich lange Teile, so hält die
magnetische Anziehung beide Teile zusammen. Wie groß ist die Kraft, die benötigt wird, um beide
Teile auseinander zu ziehen? [Berechnen Sie dazu die Arbeit die aufzuwenden ist, um beide Teile
auf den Abstand dx zu bringen! Das B-Feld in der Lücke sei genauso groß wie das im Magneten]
24.3 Auf einen Ring aus Eisen (μ = 400) mit dem mittleren Radius R = 5,7 cm sind 200
Wicklungen eines Drahtes gewickelt, durch den ein Strom von 5 A fließt. Wie groß muss der
Strom I gewählt werden, damit das B-Feld im Kern seinen ursprünglichen Wert behält, nachdem
ein 1 mm breiter Spalt in den Kern gesägt wurde?
24.4 Ein Elektromagnet, bei dem auf einen Eisenkern
(mit
konstant
angenommenem
µ
=
400)
500 Windungen aufgewickelt sind, soll einen Anker,
der sich 1 cm entfernt befindet, anziehen (s. Abbildung;
Dicke des Kerns im oberen Teil beträgt wie im Anker
30 mm). Der Anker hat ein Gewicht von 250 kg.
Welcher Strom durch die Wicklung wird benötigt?
24.5 Eine lange Spule sei um einen Wolframkern (χ
= + 6,8⋅10-5) gewickelt und werde von einem Strom durchflossen. Der Kern wird entfernt,
während der Strom konstant gehalten wird. (a) Wird das Magnetfeld in der Spule stärker oder
schwächer? (b) Um wie viel Prozent ändert es sich? (c) Wie verändert sich die Induktivität der
Spule?
24.6 Gegeben sei eine Spule mit einer Induktivität von L = 100 H. (a) Berechnen sie die
Spannung, die in dieser Spule induziert wird, wenn ein sie durchsetzender Strom gleichmäßig so
anwächst, dass er in jeder Sekunde um die Differenz ΔI = 0,1 A zunimmt. Die Spule werde mit
einem Widerstand von R = 300 Ω und einem Schalter in Reihe an eine Spannungsquelle mit U0 =
200 V angeschlossen. Der Schalter werde zum Zeitpunkt t = 0 geschlossen. (b) Wie groß ist der
Endwert Ie der Stromstärke? (c) Nach welcher Zeit t fließt ein Strom von I = ¾ Ie?