Bewegter Leiter im Magnetfeld

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1 Bewegter Leiter im Magnetfeld Die Leiterschaukel mal umgedreht: Bewegt man die Leiterschaukel im Magnetfeld, so wird an ihren Enden eine Spannung induziert Aufgaben: Lies S. 56 Abschnitt 1 und erkläre warum eine Spannung in dem bewegten Leiter induziert wird. Lies Abschnitt 2 und erkläre wie die Spannung berechnet wird. Gib an welches elektrische Feld und welches magnetische Feld gemeint sind. Warum muss das elektrische Feld homogen sein? Vortragen und Besprechen, dann S. 59 Aufgabe 1

2 Induktion durch Flächenänderung Aus dem Absatz 3 die Darstellungen a) und b) aus V3 ins Heft übernehmen und die in dem Text enthaltenen Größen (insb. d, Δs) einzeichnen. Die Gleichung für herleiten und für einen Vortrag vorbereiten Für Schnelle: Idee auf Bild d) übertragen und zwar ohne dass die Schleife ihre Breite ändert, sie wird nur kleiner! Hausaufgabe: A2 (S. 59) Vertiefung: A3 (S. 59)

3 Magnetischer Fluss Das Produkt aus der von einem Magnetfeld durchdrungenen Fläche einer Leiterschleife und dem senkrecht dazu stehenden homogenen Magnetfeld, wird als magnetischer Fluss definiert. Es gilt: und Eine Spannung kann also sowohl durch Flächenänderung als auch durch Magnetfeldänderung induziert werden.

4 Lenzsche Regel Der Thomsonsche Ringversuch zeigt anschaulich, dass eine induzierte Spannung der induzierenden Spannung entgegen wirkt. Dies bezeichnet man als LENZSCHE REGEL Durch das Minuszeichen in der Formel für die Induktionsspannung wird diesem Sachverhalt Rechnung getragen.

5 Selbstinduktion Skizziere den Versuchsaufbau zur Selbstinduktion Notiere die Beobachtungen Gib mögliche Erklärungen für die Beobachtungen an.

6 Selbstinduktion II Erklärungen 1. Beim Einschalten baut sich in der Spule ein Magnetfeld auf 2. Dies induziert in der Spule eine Spannung, die der ursprünglich angelegten Spannung entgegen wirkt (Lenz). Sie bremst den Stromfluss, die Lampe leuchtet später. 3. Bei geöffnetem Spulenkern (geblättertes Eisen Joch) baut sich kein so starkes Magnetfeld auf, daher ist die B-Feld- Änderung geringer und die Auswirkungen geringer. 4. Beim Abschalten des Stroms (oder auch beim öffnen des Jochs) fällt das Magnetfeld schnell in sich zusammen, eine Spannung wird induziert. Man spricht von SELBSTINDUKTION oder SELBSTINDUKTIONSSPANNUNG

7 Selbstinduktion berechnen Für eine lange Spule kann man die Selbstinduktion berechnen (Analog der Aufgabe auf S. 63 A1). Es gilt: Alle verwendeten Größen bis auf beschreiben Eigenschaften der Spule und werden als einen die Spule charakterisierenden Wert zusammengefasst: Induktivität (lies 1 Henry) mit der Einheit Für die langgestreckte Spule ergibt sich: (Nachprüfen!) Diese Gleichung gilt auch für andere Spulen die Induktivität L der Spule kann dann nicht berechnet, sondern nur gemessen werden.

8 Eine Differenzialgleichung Um den Sachverhalt der Selbstinduktion zu beschreiben, verwendet man eine Differenzialgleichung: Zum Verständnis der Differenzialgleichung: Bei welchen Stromstärken ist die Änderungsrate der Stromstärke am größten? Löse die DGL nach U ind auf Infos im Buch auf S. 69

9 Energie in der Spule Versuch: Funkeninduktor (Zündspule) Woher kommt die Energie in der Spule? Wo steckt sie (z.b. entsprechend der Spannenergie einer Feder) Die Energie kann aus der elektrischen Leistung werden: bestimmt Aufgaben: S. 71

10 Transformator Man kann also über den Eisenkern Energie übertragen, und müsste nur immer ein und ausschalten, damit das Magnetfeld auf und abgebaut wird. Besser: Wechselstrom! Versuch: Spannung am Transformator Wovon kann die Spannung an der Sekundärspule abhängen? Messreihe aufnehmen und auswerten. Übertrage mittels P=U I und P 1 =P 2 den erhaltenen Zusammenhang auf die Stromstärke. Warum gilt P 1 =P 2? (P 1 Primär-Leistung)

11 Wechselspannung Erarbeite den Text zur Wechselspannung im Buch S. 72/73 und bereite einen Vortrag vor, der insbesondere enthält: Eine Erläuterung aller Bilder Die Herleitung aller Gleichungen

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15 Effektivwerte bei Wechselstrom Um die Effektivität von Strom zu untersuchen betrachten wir die Leistung Die Spannung und die Stromstärke, die bei Gleichspannung zur gleichen Leistung führen würden nennen wir die Effektivspannung U eff und Effektivstromstärke I eff. Es gilt:

16 Effektivwerte bei Wechselstrom Betrachtet man eine Periode so gilt für die Energie Bei Gleichstrom gilt Da die Leistung gleich sein soll folgt und werden von Messgeräten angezeigt

17 S. 77 (249) Aufgabe Mit U eff ergibt sich 30/R=0,3 Joule (R=100Ω)

18 Kondensator im Wechselstromkreis Kanal 1 misst die anliegende Spannung Kanal 2 misst indirekt die Stromstärke mit

19 Kondensator im Wechselstromkreis Beobachtung: Der Strom ist um 1/4 Periode verzögert Math. Begründung: Es gilt (da C ein konstanter Vorfaktor ist) Mit folgt Daraus ergibt sich unmittelbar die Phasenverschiebung um Der Widerstand im Wechselstromkreis wird naheliegender Weise definiert als

20 Widerstand eines Kondensators Man spricht vom Scheinwiderstand des Kondensators: Die Abhängigkeiten in dieser Gleichung werden auch durch folgende Messungen bestätigt (Welche?):

21 Spule im Wechselstromkreis Aufgabe: Bestimme analog zum Kondensator die Phasenverschiebung und den Scheinwiderstand einer Spule, in dem du die Gleichung verwendest. (ideale Spule ohne ohmschen Widerstand)

22 Reale Spule Wir hatten bereits die DifferenzialGLeichung: Hier hilft nun das Zeigerdiagramm. Es gilt: mit Man erhält: und damit:

23 Reale Spule Der Scheinwiderstand ist Die Phasenverschiebung nimmt mit steigender Frequenz zu Ebenso mit steigendem ohmschen Widerstand R ab. Phasenverschiebung: Aufgaben auf S. 81

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