Name

NF 11.2
Physik: Klausur Nr. 4
Thema: Induktion und Selbstinduktion
12.6.2012
Name: _________________________________
Aufgabe 1
16,0 cm
Ein
quadratisches
Spulenrähmchen (a = 8,0 cm)
mit 100 Wicklungen wird mit
der
konstanten
Geschwindigkeit von 16 cm/s
senkrecht zu den Feldlinien
eines
Magnetfeldes
der
Flussdichte 4 mT bewegt. Zum
Zeitpunkt t = 0 s befindet sich
das Rähmchen 8,0 cm vor dem
Magnetfeld.
a) Berechne
Rähmchen
Spannung.
8,0 cm
V
die
im
induzierte
b) Das Rähmchen verlässt das B-Feld auf der rechten Seite vollständig. Der Spannungsverlauf wird
aufgezeichnet. Eines der angegebenen Diagramme gibt den Spannungsverlauf korrekt wieder.
Für welches ist dies der Fall?
(1)
(2)
U
(3)
U
t
U
t
c) Begründe deine Wahl in b) mit Bezug auf die Versuchsanordnung.
L
=
?
d) Das Messgerät wird nun durch einen 5  Widerstand ersetzt. Zu bestimmten Zeiten kann ein
Strom fließen. Berechne die Stromstärke und zeichne ein Zeit-Stromstärke-Diagramm im Zeitraum
von 0 s bis 2,5 s.
e) Warum ist in bestimmten Zeitintervallen bei der Anordnung in d) eine zusätzliche Kraft
erforderlich, um das Rähmchen mit gleich bleibender Geschwindigkeit durch das Magnetfeld zu
bewegen?
Aufgabe 2
Ein elektrischer Schwingkreis mit einem
Kondensator der Kapazität C = 4,0 F und
einer Spule der Eigeninduktivität L führt
eine ungedämpfte Schwingung aus. Zur
Zeit t = 0s liegt am Kondensator die
Spannung
Û = 25 V an.
C = 40 F
a) Berechne die im Kondensator gespeicherte Energie.
b) Nach 8,0 ms ist der Kondensator erstmals vollständig entladen. Die magnetische Flussdichte in
der Spule ist nun maximal. Wie groß ist die Periodendauer T der Schwingung?
t   
c) Für die Ladung auf dem Kondensator gilt die Differenzialgleichung: Q
durch Lösen der DGL, dass für die Schwingungsdauer gilt:
1
 Qt  . Zeige,
LC
T  2 L  C
d) Zeige – unter Verwendung des Ergebnisses von b) – dass die Spule die Eigeninduktivität L = 648
mH besitzt.
e) Der Schwingkreis schwingt gedämpft. Zu einem bestimmten Zeitpunkt lag am Kondensator die
Spannung U = 10 V an. Der Strom durch die Spule betrug 0,1 A. Während des Versuchs betrug
die Raumtemperatur 20 °C. Bestimme die bis zu diesem Zeitpunkt erzeugte Entropie.
f)
Welche Formen der Energieentwertung treten beim Schwingkreis auf?
Aufgabe 3
An einem Glasrohr sind fünf sehr schmale baugleiche Spulen befestigt. Der Abstand zweier Spulen
beträgt jeweils 20 cm. Die Spulen sind in Reihe geschaltet. Der zeitliche Verlauf der Spannung wird
über ein Messwerterfassungssystem aufgezeichnet.
Versuchsaufbau
Gemessener Spannungsverlauf
a) Erkläre das Auftreten des ersten „Negativ-Positiv-Peaks“ im Spannungsverlauf.
b) Woran lässt sich am Spannungsverlauf erkennen, dass der Magnet sich im freien Fall befand?
Nenne hierzu 3 Merkmale im Diagramm.
c) Das Messwerterfassungssystem wird nun getrennt und die Anschlüsse verbunden. Ein Stromfluss
ist jetzt möglich. Der Magnet fällt nun deutlich langsamer durch die Anordnung. Erkläre diese
Beobachtung.
Gleichung: Temperatur in Kelvin: T = ( X + 273) K
X Temperatur in °C
Viel Erfolg!