1 a) Das Messgerät zeigt eine Spannung an. b) Das Messgerät zeigt keine Spannung an.

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1 Anwendungsaufgaben - Induktion - Lösungen 1 a) Das Messgerät zeigt eine pannung an. b) Das Messgerät zeigt keine pannung an. Auf die Elektronen wirken Lorentzkräfte, die sie zu einem Ende des Leiters hin erschieben. An den Enden des Leiters entsteht ein Elektronenüberschuss bzw. ein Elektronenmangel. Es fließt ein Induktionsstrom. Der Leiter wird parallel zu den eldlinien bewegt. c) Das Messgerät zeigt keine pannung an. d) Das Messgerät zeigt eine pannung an. Die Elektronen werden Das on der Leiterschleife umfasste Magnur innerhalb des Leiter- netfeld ändert sich, da sich die Richtung der querschnitts erschoben, da die Lorentzkraft im- Leiterschleife relati zu den eldlinien ändert. mer senkrecht zum Leiter wirkt. e) Das Messgerät zeigt eine pannung an. f) Das Messgerät zeigt keine pannung an, da Das on der pule umfasste Magnetfeld sich das on der pule umfasste Magnetfeld ändert sich ständig, da sich der om nicht ändert. Magnetfeld durchsetzte Teil der pule ständig ändert. g) Das Messgerät zeigt keine pannung an, h) Das Messgerät zeigt eine pannung an. da sich das on der pule umfasste Mag- Das on der pule umfasste Magnetfeld netfeld nicht ändert. ändert sich ständig, da sich die Richtung der pule zu den eldlinien ständig ändert. i) Das Messgerät zeigt eine pannung an. k) Das Messgerät zeigt eine pannung an. Das on der Induktionsspule umfasste Durch den Eisenkern wird das Magnetfeld Magnetfeld ändert sich ständig, da sich des Elektromagneten erstärkt. Dadurch die tärke des Magnetfeldes des Elektro- nimmt das on der Induktionsspule ummagneten ständig ändert. fasste Magnetfeld zu.. Ungelenk; 1

2 2 a) eim chließen des chalters baut die linke pule ein Magnetfeld auf, das auch die rechte pule durchsetzt. Die Änderung des Magnetfeldes in der rechten pule bewirkt eine Induktionsspannung und diese im geschlossenen tromkreis einen Induktionsstrom. b) eim Entfernen des Hufeisenmagneten nimmt das Magnetfeld in der pule ab. Dadurch wird in ihr eine pannung induziert und im geschlossenen tromkreis fließt ein Induktionsstrom. c) eim chließen des chalters baut die rechte pule ein Magnetfeld auf, das auch die linke pule durchsetzt. Die Änderung des Magnetfeldes in der linken pule bewirkt eine Induktionsspannung und diese im geschlossenen tromkreis einen Induktionsstrom. d) eim Wegbewegen der pule mit zwei Windungen nimmt das Magnetfeld durch die pule ab. Dadurch wird in ihr eine pannung induziert und im geschlossenen tromkreis fließt ein Induktionsstrom. e) Der linke Draht bewegt sich auf das Magnetfeld des rechten Drahtes zu. Dadurch ändert sich das Magnetfeld in der linken Leiterschleife (tromkreis aus Draht und Messgerät). In ihr wird eine pannung induziert und es fließt Induktionsstrom. f) eim Auseinanderklappen der Magneten ändert sich das Magnetfeld in der pule. In ihr wird eine pannung induziert und im geschlossenen tromkreis fließt ein Induktionsstrom A: Pluspol : Minuspol A Ungelenk; 2

3 5.2 In der Leiterschleife fließt kein Induktionsstrom, da die Elektronen im oberen und im unteren Leiterabschnitt nach orne erschoben werden. ie bewegen sich in der Leiterschleife in entgegengesetzte Richtungen. 6.1 eim chütteln der Taschenlampe bewegt sich der Magnet durch die pule. Dabei ändert sich das Magnetfeld in der pule. Dadurch wird in der pule eine pannung induziert Erhöhung der Windungszahl der pule - Erhöhung der Querschnittsfläche der pule - schnellere ewegung der Taschenlampe - Verwendung eines stärkeren Magneten 7.1 Die stromdurchflossene pule ist on einem Magnetfeld umgeben. ewegt sich die eldspule auf die Induktionsspule zu, wird das Magnetfeld in der Induktionsspule größer. In der Induktionsspule wird eine pannung induziert und im geschlossenen tromkreis fließt ein trom. 7.2 Den etrag des Induktionsstroms kann man ergrößern, indem man - die Windungszahl der Induktionsspule erhöht, - die Querschnittsfläche der Induktionsspule erhöht oder - die eldspule schnell bewegt. 7.3 Wenn man die eldspule on der Induktionsspule wegbewegt, zeigt das Messgerät einen tromfluss in die entgegengesetzte Richtung an. 8.1 eim Eintritt der pule ins Magnetfeld wird eine pannung induziert, weil das Magnetfeld durch die pule zunimmt. Im geschlossenen tromkreis fließt ein Induktionsstrom. 8.2 Die tärke des Induktionsstroms ist abhängig on - der Windungszahl der pule, - der Querschnittsfläche der pule, - der Geschwindigkeit des Wagens und - der tärke des Magnetfeldes. 8.3 Wenn sich die pule ollständig im Magnetfeld befindet, zeigt das Messgerät keinen tromfluss mehr an, da sich das Magnetfeld in der pule nicht mehr ändert. 8.4 eim Austritt der pule aus dem Magnetfeld fließt der trom in entgegengesetzte Richtung wie beim Eintritt ins Magnetfeld. 9.1 Wenn der Magnet in die pule hinein schwingt, nimmt das on der pule umfasste Magnetfeld zu. In der pule wird eine pannung induziert. 9.2 Der etrag der Induktionsspannung ist abhängig on - der Windungszahl der pule, - der Querschnittsfläche der pule, - der Geschwindigkeit des Magneten und - der tärke des Magnetfeldes des Magneten. 9.3 In der kurzgeschlossenen pule fließt ein Induktionsstrom. Dieser bewirkt ein Magnetfeld, das nach der lenzschen Regel so gerichtet ist, dass es einer Zunahme des Magnetfeldes in der pule entgegenwirkt. Deshalb entsteht auf der rechten eite der pule ein üdpol. Es wirken abstoßende Kräfte zwischen pule und tabmagnet.. Ungelenk; 3

4 10.1 eim Eintritt des Wagens in die pule ändert sich das Magnetfeld durch die pule. In der pule wird eine pannung induziert und es fließt ein Induktionsstrom ach der lenzschen Regel ist das induzierte Magnetfeld so gerichtet, dass es das zunehmende Magnetfeld in der pule abschwächt. Deshalb entsteht auf der linken eite der pule ein ordpol. Es wirken abstoßende Kräfte zwischen pule und tabmagnet, die auf den Wagen übertragen werden Der Wagen wird abgebremst, da jetzt auf der rechten eite der pule ein ordpol entsteht und dadurch anziehende Kräfte zwischen pule und Wagen wirken. ach dem Energieerhaltungssatz ist die Gesamtenergie in einem abgeschlossenen ystem konstant. Die ewegungsenergie des Wagens wird teilweise in elektrische Energie umgewandelt. 11 ei Erschütterungen der Erde bleibt der Magnet aufgrund seiner Trägheit in Ruhe, während ewegungen des Untergrundes direkt an die pule weitergegeben werden. Dabei bewegen sich pule und Magnet relati zueinander und das Magnetfeld in der pule ändert sich. Dadurch wird in der pule eine pannung induziert und im geschlossenen tromkreis fließt ein Induktionsstrom eim chließen des chalters bewegt sich der Ring zunächst on der pule weg (nach rechts) und pendelt dann wieder zurück eim chließen des chalters bildet sich um die pule ein Magnetfeld. - Dadurch ändert sich das Magnetfeld durch den Ring kurzzeitig, in ihm wird eine pannung induziert und es fließt ein Induktionsstrom. - Der Induktionsstrom erzeugt ein Magnetfeld, das nach der lenzschen Regel so gerichtet ist, dass es einer Zunahme des Magnetfeldes im Ring entgegenwirkt. - Es kommt zur Wechselwirkung der beiden Magnetfelder. 13 Graf c stellt die pannung in Abhängigkeit on der Zeit dar. egründung: Wenn sich der Magnet der pule nähert, entsteht nach der lenzschen Regel am oberen Ende der pule ein ordpol und am unteren Ende ein üdpol. eim Austreten des Magneten aus der pule entsteht am unteren Ende der pule ein ordpol und am oberen Ende ein üdpol. Die Richtung der Induktionsspannung muss sich also ändern. A 14 In dem Teil der Aluminiumscheibe, die sich im Magnetfeld befindet, wirken Lorentzkräfte ( 1 ) auf die mit der Platte mitbewegten Elektronen. Diese werden nach oben erschoben und fließen in den Teilen der cheibe, die sich noch nicht im Magnetfeld befindet oder gerade im Magnetfeld befand, zum Ladungsausgleich wieder nach unten. Dadurch entstehen in der cheibe Wirbelströme. Auf die Elektronen des Wirbelstroms, die sich im Magnet- feld bewegen wirken ebenfalls Lorentzkräfte ( 2 ). Diese Kräfte werden auf die cheibe übertragen und bremsen deren ewegung ab. Aluminiumscheibe Wirbelstrom 1 2. Ungelenk; 4

5 15 - immt die üllstandshöhe in der lüssigkeit ab, taucht der Weicheisenkern weniger tief in die pule ein. - Dadurch wird die on der pule bewirkte elbstinduktionsspannung geringer. - Dadurch nehmen die resultierende pannung und die tromstärke im pulenkreis zu. - Den tromstärkewerten werden die entsprechenden üllstandhöhen zugeordnet. 16 eobachtung: Durch das Kupferrohr fällt der Magnet wesentlich langsamer als durch das Plexiglasrohr. Erklärung: Durch die Relatibewegung zwischen Magnet und Kupferrohr wirken auf die Leitungselektronen des Kupferrohres Lorentzkräfte. Im Kupferrohr werden Wirbelströme induziert. Diese Wirbelströme erursachen wieder Lorentzkräfte, die der ewegung des Magneten entgegenwirken.. Ungelenk; 5