− q0

Einführung in die Physik II für Studierende im Nebenfach
(Biologie, Chemie u. a.) und L3
SS08
7. + 8. Übungsblatt
7.1 Magnetfeld in einer Spule
Durch eine eng gewickelte, l = 50 cm lange Spule mit n = 500 Windungen fließt ein Strom von I = 3 A.
Berechnen sie unter Vernachlässigung von Randeffekten B und Baus in der Mitte der Spule, wenn diese
(a) keinen Kern
(b) einen Eisenkern als Teil eines geschlossenen Jochs mit der Magnetisierung M = 1,2⋅106 A/m
besitzt.
7.2
Hall-Effekt
Sie wollen die z-Komponente (Bz) der magnetischen Flussdichte B in einer
Spule mit einer Hall-Sonde vermessen. Die Ladungsträgerkonzentration
beträgt n = 2,24·1016, die Dicke d der Sonde ist d = 0,1mm. Sie messen bei
einem Strom I von 300 mA, den sie durch die Sonde schicken. Das Gerät
misst eine Hall-Spannung von UH = 83 mV.
Wie groß ist die vorhandene magnetische Flussdichte Bz in der Spule?
Angabe:
e = 1,6·10-19C
7.3. Einschaltvorgang Spule
Ein Stromkreis bestehe aus einer Spannungsquelle (U0 = 12 V), einem Ohmschen Widerstand Rges = 50 Ω und
einer Spule mit der Induktivität L (n = 10.000 Windungen, A = 12 cm2, l = 30 cm). Wie lange dauert es nach dem
Einschalten, bis eine Glühbirne (200 mA) zu leuchten beginnt? (Ihr Widerstand ist in Rges bereits enthalten).
Angaben: μr = 1; μ0 = 4 π 10-7 VsA-1m-1
8.1 Transformator
Die beiden Kontakte der Sekundärspule (5 Windungen) eines Transformators sind mit den Enden eines
Metallnagels verbunden, der geschmolzen werden soll. Dazu ist ein Strom von 10 kA nötig. Die Primärspule des
Transformators ist mit dem örtlichen Stromnetz (220 V; 16 A Haushaltssicherung) verbunden. Wie viele
Windungen benötigt man in der Primärspule, damit der Nagel schmilzt?
8.2 Schwingkreis
Die Abbildung zeigt einen Stromkreis mit einem
Kondensator und einer Spule. Bei geöffnetem
Schalter sei die Ladung auf der linken
Kondensatorplatte gleich q0. Nun wird der Schalter
geschlossen; Strom und Ladung schwanken dann
zeitlich in Form einer Cosinusfunktion.
(a) Leiten Sie unter Zuhilfenahme der
Kirchhoffschen Maschenregel die Änderung der
Ladung mit der Zeit q(t) her. Benutzen Sie I =
dq/dt, um eine Differenzialgleichung zweiter
Ordnung für q in t. (Analogie zur ungedämpften
Schwingung, WS07/08, Aufg. 5.2 !).
L
+q0
− q0
C
(b) Skizzieren Sie q(t), I(t) und U(t). Wo gibt es Phasenverschiebungen?
(c) Die Spule besitzt eine Induktivität von L = 1 mH, der Kondensator eine Kapazität C = 10 μF. Wie groß ist
die Resonanzfrequenz?
(d) Nun wird zu C ein weiterer Kondensator C’ = 12 μF parallel geschaltet. Wie verändert sich die
Resonanzfrequenz?
http://www.pi.physik.uni-frankfurt.de/veranstaltungen/UebungEinfPhysikNF/index.html