1. Eine quadratische Leiterschleife (Kanten

Physik 12
Übungsaufgaben
Bewegung in Feldern
1. Eine quadratische Leiterschleife (Kantenlänge 5cm) befindet sich vollständig in
einem homogenen Magnetfeld ( B = 3 T ):
a) Bestimmen Sie die Richtung der Kraft,
die auf jede der vier Kanten wirkt!
b) Berechnen Sie die Kraft auf jede Kante,
wenn die Stromstärke 2A beträgt!
2
1
3
4
B
2. Ein ruhendes Elektron wird mit einem homogenen elektrischen
Feld auf einer Strecke von 8cm auf v = 6 ⋅ 10 6 m beschleunigt.
s
a) Berechnen Sie die Kraft auf das Elektron und die Feldstärke!
b) Berechnen Sie die Spannung zwischen Anfangs- und Endpunkt
der Strecke!
Das Elektron fliegt anschließend rechtwinklig zu den Feldlinien in
ein zweites elektrisches Feld gleicher Stärke.
c) Erläutern Sie die Flugbahn in diesem Feld!
d) Wie schnell ist das Elektron, wenn es das Feld im 45°-Winkel
verlässt?
e) Wie müssen die Felder verändert werden, um ein Proton
genauso stark zu beschleunigen?
3. Rechtwinklig zu den Feldlinien fliegt ein Elektron mit v = 6 ⋅ 10 6 m
s
in ein homogenes Magnetfeld hinein und beschreibt einen Halbkreis mit einem Radius von 3cm.
a) Warum behält das Elektron seine Geschwindigkeit bei?
b) Berechnen Sie die Radialkraft, die auf das Elektron wirkt!
c) Berechnen Sie die magnetische Feldstärke B!
d) Vergleichen Sie die Bahn des Elektrons mit der eines gleichschnellen Protons in diesem Magnetfeld!
e) Berechnen Sie den Radius für die Bahn des Protons!
4. Bei Experimenten mit langsamen Elektronen ( v = 8 ⋅ 10 4 m
) führt
s
das Erdmagnetfeld (B=50µT) zu starken Abweichungen von der
geradlinigen Flugbahn.
a) Berechnen Sie den zugehörigen Kreisbahnradius!
b) Erläutern Sie, wie man mit Hilfe eines elektrischen Feldes die
Flugbahn korrigieren kann und berechnen Sie die zugehörige
elektrische Feldstärke!
c) Beschreiben Sie die Flugbahn von schnelleren bzw. langsameren Elektronen in dem elektromagnetischen Feld von b)!
Backer '15
1
Induktion
Übungsaufgaben
Physik 12
5. Ein waagerechter, 80cm langer Eisenstab wird in einem homogenen Magnetfeld (0,4T) aus dem Stillstand 1 Meter fallengelassen.
a) Erklären Sie, weshalb zwischen den Enden des Stabes eine
geringe Spannung entsteht! Wie müssen Stab und Magnetfeld
ausgerichtet sein, damit die Spannung maximal wird?
b) Berechnen Sie die Spannung am Ende der Fallstrecke!
c) Wie ändert sich die Spannung während des Fallens?
6. Ein PKW (5m lang, 2m breit, 1,50m hoch) fährt mit 180km/h von
Ost nach West im Erdmagnetfeld (B=50µT). Erläutern Sie, weshalb sich der PKW geringfügig elektrisch auflädt! Wo entsteht der
Plus- bzw. Minuspol, wie hoch ist die elektrische Spannung?
7. Eine Spule mit quadratischem Querschnitt (Kantenlänge 3cm) und
500 Windungen dreht sich mit 300 Umdrehungen pro Minute in
einem homogenen Magnetfeld (0,4T) quer zur Feldlinienrichtung.
a) Warum induziert die Spule eine Wechselspannung?
b) Berechnen Sie die Höhe der Spannung, indem Sie eine
Vierteldrehung der Spule betrachten!
8. Ein Transformator erzeugt aus 230V Netzspannung an der
Sekundärspule mit 120 Windungen eine Spannung von 15V.
Beide Spulen des Transformators befinden sich um einen Eisenkern (µr = 400) und sind 10cm lang. Die Primärspule besitzt einen
Durchmesser von 4cm, die Sekundärspule von 5cm.
a) Berechnen Sie aus der Induktionsspannung 15V die maximale
Feldstärke B des Magnetfeldes, wenn diese in 5ms zwischen
Null und dem Maximum wechselt!
b) Wie groß muss die zugehörige maximale Stromstärke der
Primärspule mit 1840 Windungen sein, um dieses Magnetfeld
zu erzeugen?
9. In einem Metalldetektor (für Schatzsucher) befindet sich eine
Luftspule mit 1800 Windungen, 40cm Durchmesser und 2cm
Dicke (Spulenlänge), die von 100mA durchflossen wird.
a) Welche Feldstärke B besitzt das von der Spule erzeugte
Magnetfeld?
b) Wie ändert sich die Feldstärke, wenn die Spule über ein
Eisenteil bewegt wird? Begründen Sie!
c) Wie groß ist die induzierte Spannung der Spule, wenn das
Eisenteil die Feldstärke in 0,5s um 10% ändert?
2
Backer '15