Lösungen Elektromegnetismus - Hildegardis

Grundwissenstest zur Jahrgangsstufe 9 – Physik
Elektromagnetismus
1
Was versteht man unter einem Magnetfeld?
Der Raum um einen Magneten, in dem auf andere Magnete oder
auf ferromagnetische Stoffe Kräfte wirken, wird Magnetfeld
genannt.
2
Ergänze jeweils den Verlauf der magnetischen Feldlinien.
Wie wird das Magnetfeld zwischen den beiden Polen des Hufeisenmagneten genannt? Homogenes Magnetfeld.
3
Wie verlaufen die magnetischen Feldlinien
um einen stromdurchflossenen Leiter?
Ergänze jeweils die Feldlinien.
Hinweis: Es ist jeweils die technische
Stromrichtung eingezeichnet.
4
Ergänze in der rechten Skizze den Verlauf
und die Richtung der magnetischen
Feldlinien sowie die Lage der Magnetpole.
5
Erkläre den Begriff „elektrisches Feld“.
6
Vervollständige die folgenden Sätze.
Der Raum um einen elektrisch geladenen Körper, in dem auf
andere elektrisch geladene Körper Kräfte wirken, nennt man
elektrisches Feld.
1. Elektrische Feldlinien schneiden sich nicht.
2. Das elektrische Feld ist in einem Raumbereich umso stärker, je
höher die Feldliniendichte in diesem Bereich ist.
7
Ergänze jeweils den Verlauf der elektrischen Feldlinien.
ungleichnamig geladene Kugeln
Plattenkondensator
8
Welche Voraussetzungen müssen erfüllt
sein, damit auf ein Teilchen die Lorentzkraft
wirkt?
1. Das Teilchen muss elektrisch geladen sein.
2. Das Teilchen muss sich bewegen, aber nicht parallel zu den
magnetischen Feldlinien bewegen.
9
Die Richtung der Lorentzkraft auf ein positiv geladenes Teilchen, das sich senkrecht zu den Feldlinien eines
Magnetfelds bewegt, kann mithilfe der rechten – Hand – Regel vorhergesagt werden.
a) Beschrifte die Finger in der rechten Skizze.
Bewegungsrichtung des Teilchens
b) Wie kann die Kraftrichtung auf ein negativ geladenes
Teilchen vorhergesagt werden?
Magnetfeldrichtung
1. Möglichkeit: Anwendung der rechten-Hand-Regel,
Allerdings zeigt der Daumen entgegen der Flugrichtung
des Teilchens.
Lorentzkraft
2. Möglichkeit: Anwendung der linken-Hand-Regel, wobei
der Daumen in Flugrichtung des Teilchens zeigt.
10 Gegeben ist die momentane Bewegungsrichtung (Pfeil) eines Protons bzw. Elektrons
und die Magnetfeldrichtung.
Skizziere eine
Teilchen.
mögliche
Proton
Elektron
Flugbahn der
11 Bestimme jeweils, falls möglich, die Auslenkrichtung des stromdurchflossenen Leiters, der sich zwischen den
Polen eines Hufeisenmagneten befindet. Zeichne außerdem die technische Stromrichtung, die magnetischen
Feldlinien und die Richtung der Lorenzkraft ein.
Keine Lorentzkraft
12 Die rechte Skizze zeigt den vereinfachten Aufbau eines Elektromotors. Beschrifte die einzelnen Bauteile.
Rotor (Leiterschleife)
Stator (Dauermagnet)
Kommutator (Polwender)
13 Welche Aufgabe hat der Kommutator
(Polwender)?
Der Kommutator sorgt dafür, dass sich die Stromflussrichtung in
der Leiterschleife nach jeder halben Drehung ändert. Dadurch
wirkt die Lorentzkraft zu jedem Zeitpunkt der Drehbewegung in die
„richtige“ Richtung und ermöglicht damit eine kontinuierliche
Drehbewegung der Leiterschleife.
14 Nenne zwei technische Anwendungen, die
auf der elektromagnetischen Induktion
beruhen.
Z.B. Transformator, Generator, Induktionskochfeld, E-GitarrenTonabnehmer, Mikrofon, Induktionsschleife bei Ampelanlagen,…
15 Vervollständige folgende Sätze:
Die in einer Spule induzierte Spannung ist umso größer, je
1. schneller/stärker sich das Magnetfeld ändert, das die Querschnittsfläche der Induktionsspule
durchsetzt.
2. größer die Anzahl der Windungen der Induktionsspule ist.
16 Induktion: ja oder nein? Entscheide bei jedem Vorgang, ob im Draht eine Induktionsspannung entsteht.
a)
b)
Ja
c)
Nein
Ja
17 Wie lautet die Regel von Lenz?
Der Induktionsstrom ist immer so gerichtet, dass das von ihm
erzeugte Magnetfeld der Ursache seiner Entstehung (der
Magnetfeldänderung) entgegenwirkt.
18 Erkläre aus energetischer Sicht den
Unterschied zwischen einem Elektromotor
und einem Generator.
Elektromotor: elektrische Energie  kinetische Energie
Generator:
kinetische Energie  elektrische Energie
19 Beschrifte in der Skizze die wesentlichen Bauteile eines Transformators.
Primärspule
Eisenkern
Sekundärspule
Wechselspannung
20 Transformatoren spielen im Alltag eine
wichtige Rolle. Nenne zwei
Anwendungsbeispiele.
1. Handyladegerät: die Netzspannung (230 V) wird auf ca. 5 V
heruntertransformiert.
21 Herr Schlaumeier möchte mithilfe eines
Transformators die Spannung einer 1,5 V
Batterie auf 4 V erhöhen.
Wird auf der Primärseite eines Trafos eine Gleichspannungsquelle
angeschlossen, so baut die Primärspule ein konstantes Magnetfeld
auf. Nach kurzer Zeit ändert sich daher die Anzahl der
magnetischen Feldlinien nicht mehr, die die Querschnittsfläche der
Sekundärspule durchsetzen, sodass die Spannung in der
Sekundärspule auf den Wert 0 V absinkt.
Erkläre, warum dies nicht klappen kann.
2. Kraftwerk: Zur Spannungserhöhung für eine möglichst
verlustfreie Energieübertragung (6 kV 380 kV).
Kurz: Transformatoren können nur mit Wechselspannung
betrieben werden.