30.10.2008 - bei heidingers.de

Protokoll der Physikstunde
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Protokollant :
Anwesende :
Stundenthema:
Donnerstag, der 29.10.2008
Physiksaal 2
8:15 Uhr bis 9:45 Uhr
Max Görtz
Leistungskurs Physik der MSS 12 und Herr Heidinger
1. Induktion in einem bewegtem Leiter
2. Lenz’sche Regel
3. Besprechung der Übungsaufgaben
1. Induktion in einem bewegtem Leiter
1.1 Skizze der Magnetfeldänderung
s
d
+
Ui -
Fel
e
FL
s
x
x
x
x
x
x
x
x
x
x
v x
x
x
x
x
x
x
x
Magnetfeld in Richtung
Tafelebene
1.2 Situation
Die Änderung eines magnetischen Feldes B in einer Leiterschleife
lässt sich interpretieren als „Eintauchen in ein konstantes Feld“. Wird
das Elektron (der Leiter) mit der Geschwindigkeit v bewegt, so wirkt
auf das Elektron die Lorentzkraft. Dadurch wird das untere Ende des
Leiters kurzzeitig negativ geladen, da dort ein Elektronenüberschuss
herrscht. Die Elektrische Kraft Fel wirkt der Lorenzkraft entgegen und
versucht ein Kräftegleichgewicht herzustellen. Sobald der Leiter
weiter bewegt wird, beginnt das Spiel der Kräfte erneut.
1.3 Wirkung
Die Änderung der Magnetfeldstärke in einem Zeitintervall ist
somit das Produkt des Quotienten aus der Magnetfeldstärke und
der Strecke mit der Geschwindigkeit (mit welcher der Leiter im
Magnetfeld bewegt wird).
1.4 Im Gleichgewicht
Es entsteht ein Kräftegleichgewicht zwischen der Lorenzkraft FL
und der Elektrischen Kraft Fel. Diese werden nun gleichgesetzt
und nach Ui (Induktionsspannung) aufgelöst.
Die Induktionsspannung ist somit das Produkt aus der Änderung
der Magnetfeldstärke in der Zeit ∆t und der Fläche A.
2. Die Lenz’ sch Regel
2.1 Versuchsaufbau
Querschnitt
Aufhängung
Aluring
Eisenkern
Seitenansicht
Aluring
Spule (n=600)
Eisenkern
DC
Stromquelle
2.2. Durchführung
- Der Aluring ist bifilar aufgehängt. Er ist schwingungsfähig
über dem Eisenkern einer Spule.
- Der Spulenstrom wird ein-/ausgeschaltet.
2.3 Beobachtung
Der Aluring schwingt:
- beim Einschalten nach außen (Abstoßung)
- beim Ausschalten nach innen (Anziehung)
2.4 Erklärung
- Die Magnetfeldstärke ändert sich schlagartig
- Dadurch entsteht eine Induktionsspannung im Aluring
- Auf Grund der Induktionsspannung entsteht ein Strom im
Aluring
- Es entsteht ein Magnetfeld, dass beim Einschalten
entgegengesetzt ist und deswegen abstoßend wirkt.
- Es entsteht ein Magnetfeld, dass beim Ausschalten
gleichgerichtet ist und deswegen anziehend wirkt.
2.5 Ergebnis: Lenz’sche Regel
Der Induktionsstrom ist so gerichtet, dass er der Ursache seiner
Entstehung entgegenwirkt.
Die Steigung des Graphen des felderzeugenden Stromverlaufs
lässt sich wie folgend errechnen:
Graph des Induktionsstroms
Beim Einschalten des felderzeugenden Stroms dauert es ∆t bis
Imax aufgebaut ist. In dieser Zeit bleibt der induzierte Strom
konstant.
3. Besprechung der Übungsaufgabe
Aufgabe 122:
In einem homogenen magnetischen Feld mit der Flussdichte 0,2
T befindet sich senkrecht zu den Feldlinien eine kreisförmige
Leitrschleife mit dem Radius 4,5 cm und einem Widerstand von
-3
0,32 Ω
s
auf Null ab. Welcher Strom fließt während dieses Vorgangs
durch die Schleife ?
Gegeben: B=0,2T A=π r²= 0,0064m² R=0,32Ω T=3*10-3 s
Gesucht : I
Rechnung:
Aufgabe 123:
In einem Magnetfeld der Flussdichte B = 0,58 T wird in der Zeit ∆t
= 0,1 s die Fläche einer kreisförmigen Leiterschleife (d = 10,5 cm)
halbiert. Berechne die induzierte Spannung, wenn der
Flächenvektor A
a) parallel zu B liegt
b) mit B den Winkel φ = 600 einschließt
c) senkrecht zu B steht.
Gegeben: B= 0,48 T ∆t = 0,1 s A= 0,25 π d² = 0,00866m²
Gesucht: Ui
Rechnung:
c) Ui = 0, da cos(90) = 0
Aufgabe 124:
In einer Spule (n = 2000, l = 3,1 cm, d = 4,8 cm) wird die
magnetische Flussdichte B = 0,027 T in 2 s gleichmäßig auf
Null geregelt. Berechne die induzierte Spannung.
Gegeben: n = 2000 l = 3,1cm d = 4,8cm B = 0,027T t = 2s
A = l* d = 0,0015m²
Gesucht: Ui
Rechnung: