Spannungs-, Stromwaage

Spannungswaage
Der Versuchsaufbau:
Die untere Kondensatorplatte steht isoliert auf
einem höhenverstellbaren Ständer, die obere
Platte hängt an einem austarierten
Waagebalken mit Lichtzeiger. Ein Schutzring
sorgt für die Abschirmung von Randfeldern.
Die Kraftmessung erfolgt mit einem
Federkraftmesser.
Die Durchführung:
Im Versuch sind die Kondensatorplatten geladen und haben einen bestimmten
Abstand d voneinander. Nun werden die Platten auseinander gezogen und die
Spannung gemessen.
Auswertung:
Mit
und
erhält man für die Energie des Kondensators:
=
Beim Auseinanderziehen der Kondensatorplatten wird das vom Feld erfüllte
Volumen V um
vergrößert. Dazu muss Energie zugeführt werden:
ε0 εr E² A
.
Mit der Beziehung
ε0 εr E² A= ε0 εr
ergibt sich:
.
Nun kann man mit den Messergebnissen die
Abhängigkeit der Kraft F von U untersuchen
(siehe Graph rechts).
Es gilt also: Die Kraft F ist proportional zum
Quadrat der Spannung.
Stromwaage
Versuchsaufbau:
Eine Leiterschleife mit einer bekannten Leiterlänge s
wird an einer Federwaage so in ein B-Feld gehängt,
dass sie möglichst in der Mitte und senkrecht zu den
Feldlinien steht.
Durchführung:
vereinfachter Versuch
Man lässt bei eingeschaltetem Magnetfeld durch den
Leiter Strom fließen, wobei zunächst die Leiterschleife mit dem Ladebalken aus dem
Gleichgewicht nach unten gezogen wird. Nun kann man die Kraft an der Federwaage
ablesen.
Es ergeben sich zwei Messreihen:
• Abhängigkeit der magnetischen Kraft Fm vom Leiterstrom IL bei
gleichbleibender Leiterlänge (s=8cm)
IL in A
Fm in mN
5,0
1,9
10
3,8
15
5,8
• Abhängigkeit der magnetischen Kraft Fm von der Leiterlänge bei
gleichbleibendem Leiterstrom (IL =10A).
s in cm
Fm in mN
1,0
0,4
2,0
0,9
4,0
2,0
8,0
3,8
Auswertung:
An den Messsweten kann man erkennen, dass für die Kraft Fm gilt:
Fm ˜ I L
und Fm ˜ s
Diese Proportionalität lässt sich durch ein Diagramm nachweisen.
Man führt nun eine Proportionalitätskonstante B ein: F=B I s
Also gilt für die magnetische Flussdichte
mit [B]=
(Tesla)