Experiment 1: Induktion durch Bewegung
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- Reinhold Holzmann
- vor 7 Jahren
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1 Experiment 1: Induktion durch Bewegung Station 1 1 Aufgabenstellung Untersuche die Abhängigkeit der Spannung von der Bewegung des Magneten. 2 Versuchsdurchführung 2.1 verwendete Geräte Polytest 1W (als Spannungsmesser, DC) 2 Stromkabel 1 Spule (500 Windungen) 2.2 Versuchsaufbau 2.3 Versuchsdurchführung 1. Verbinde die Anschlüsse eine Spule mit den Anschlüssen eines Spannungsmessers! 2. Bewege den einen Pol eines Stabmagneten langsam in die Spule hinein!
2 2 Exp 1 Induktion durch Bewegung.nb Station 1: Induktion durch Bewegung 3. Halte den Magneten still! 4. Ziehe den Magneten wieder langsam aus der Spule heraus! 5. Wiederhole das Experiment, dieses mal wird die Spule bewegt und der Magnet ruht. 3 Messwertaufnahme und -auswertung 4 Zusammenfassung und Diskussion
3 Experiment 2: Induktion bei rotierendem Magneten Station 2 1 Aufgabenstellung Die Abhängigkeit der Induktion von einem rotierenden Magneten wird untersucht. Achtung: Experiment ist im Vergleich zum Lehrbuch abgeändert! 2 Versuchsdurchführung 2.1 verwendete Geräte Metra Max 2 (Mittelpunktstellung, 100m V DC) 2 Stromkabel Spule (3800 Windungen) auf kleinem Steckbrett 4 starke Ferritmagneten an einem Faden 2.2 Versuchsaufbau 2.3 Versuchsdurchführung Die Spulenenden werden mit einem Spannungsmesser verbunden. Der Magnet wird in Drehung versetzt, dazu wird er an einem Faden gehalten und mehrmals gedreht. Der Zeigerausschlag am Spannungsmesser wird beobachtet.
4 2 Exp 2 Induktion bei rotierendem Magneten.nb 3 Messwertaufnahme und -auswertung 4 Zusammenfassung und Diskussion
5 Experiment 3: Induktionsgesetz Station 3 1 Aufgabenstellung Die Abhängigkeit der Induktion in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des Magnenten wird untersucht. 2 Versuchsdurchführung 2.1 verwendete Geräte Polytest 1 W (V, DC) Spule mit 3000 Windungen 1 Stabmagnet 2 Stromkabel 2.2 Versuchsaufbau 2.3 Versuchsdurchführung Die Anschlüsse der Spule sind mit den Anschlüssen des Voltmeters zu verbinden. Ein Stabmagnet wird wiederholt langsam in die Spule hinein- und wieder aus ihr herausbewegt. Die Geschwindigkeit des Magnetne wird allmählich vergrößert.
6 2 Exp 3 Induktionsgesetz.nb 3 Messwertaufnahme und -auswertung 4 Zusammenfassung und Diskussion
7 Experiment 4: Induktionsgesetz (2) Station 3 1 Aufgabenstellung Untersuchung der Abhängigkeit der Induktionsspannung in Abhängigkeit von der Stärke des Magnetfeldes. 2 Versuchsdurchführung 2.1 verwendete Geräte Polytest 1W (V, DC) mehrer kleine Stabmagnete (Schüler) Spule (3000 Windungen) 2.2 Versuchsaufbau 2.3 Versuchsdurchführung Die Anschlüsse des Spannungsmesser werden mit den Anschlüssen der Spule verbunden. Wie im vorherhigen Experiment wird ein Stabmagnet in die Spule hinein- und wieder herausbewegt. Es werden zwei und schließelich drei aufeinander gelegte Magnete in gleicher Weise bewegt. 3 Messwertaufnahme und -auswertung
8 2 Exp 4 Induktionsgesetz 2.nb 4 Zusammenfassung und Diskussion
9 Experiment 5: Induktionsgesetz (3) Station 3 1 Aufgabenstellung Untersucht wird die Abhängigkeit der Induktionsspannung von der Anzahl der Windungen einer Spule 2 Versuchsdurchführung 2.1 verwendete Geräte Polytest 1W (V, DC) 1 Spule (3000 Windungen), 1 Spule (1000 Windungen) 2 Stromkabel 1 Stabmagnet 2.2 Versuchsaufbau 2.3 Versuchsdurchführung Eine Spule wird an einen Spannungsmesser angeschlossen. Ein Stabmagnet wird langsam in die Spule hinein- und wieder aus ihr herausbewegt. Die Windungszahl der Spule wird verdoppelt und schließlich vervierfacht. Der Magnet wird jeweils in gleicher Weise bewegt.
10 2 Exp 5 Induktionsgesetz 3.nb 3 Messwertaufnahme und -auswertung 4 Zusammenfassung und Diskussion
11 Experiment 6: Rechte Hand Regel Station 4 Aufgabenstellung Versuchsvorbereitung Verwendete Geräte Schülerspannungsquelle 1 Steckbrett mit Taster 1 Hufeisenmagnet 1 Leiterschleife mit geradem Leiter und Aufhängung 1 Stativfuß, -stange und -muffe 2 lange Stromkabel und 1 kurzes Stromkabel Versuchsaufbau An der Spannungsquelle ist eine Spannung von 3 V einzustellen. Der Stromkreis darf nur kurzzeitig durch einen Taster geschlossen werden. Der Metallstab der Leiterschleife ist zwischen den Polen des Hufeisenmagnets anzuordnung. Hinweis: Durch die Leiterschleife darf nur für kurze Zeit ein Strom fließen, aus diesem Grund darf der Stromkreis nur für kurze Augenblicke geschlossen werden und es muss ein Taster eingebaut werden. Andernfalls kann es zur Zerstörung der Leiterschleife kommen. Versuchsdurchführung Die Spannungsquelle wird eingeschaltet. Für einen kurzen Augenblick ist der Taster zu drücken, die
12 2 Exp 6 Rechte Hand Regel.nb Die Spannungsquelle wird eingeschaltet. Für einen kurzen Augenblick ist der Taster zu drücken, die Bewegung des Leiters ist zu beobachen. Messwertaufnahme und -auswertung
13 Experiment 7a: Induktion bei ruhender Anordnung Station 5 1 Aufgabenstellung Es soll untersucht werden, ob ein Dauermagnet auch durch einen Elektromagneten ausgetauscht werden kann. 2 Versuchsdurchführung 2.1 verwendete Geräte Schülerspannungsquelle 2 kleine Steckplatten 5 kurze Stromkabel 1 Spule (30 Windungen) 1 Spule (600 Windungen, 20 cm 2 ) Multimeter (MA 1H) 2.2 Versuchsaufbau Der Versuchsaufbau ist zu realisieren. Der Stromkreis soll nur mit dem Taster geschlossen werden. Bei der Spannungsquelle sind 12 V Gleichspannung einzustellen. Im Multimeter ist die Spannung für Gleichspannung im kleinsten Messbereich einzustellen.
14 2 Exp 7a Induktion bei ruhender Anordnung.nb 2.3 Versuchsdurchführung Der Stromkreis ist nur kurz zu schließen. Die Veränderung der Spannung zu beobachten. Es ist darauf zu achten, dass beide Spulen möglichst nah beieinander sind ohne diese zu beschädigen. Hinweis: Den Stromkreis nur kurz schließen, sonst kann es infolge von Überhitzung zur Zerstörung der Spulen kommen. Mit der Hand kann vorsichtig die Temperatur überprüft werden. Sollte die Spule noch zu warm sein, bitte kurz warten. 3 Messwertaufnahme und -auswertung 4 Zusammenfassung und Diskussion
15 Experiment 7b: Induktion bei ruhender Anordnung (2) Station 5 1 Aufgabenstellung Es soll untersucht werden, ob ein Dauermagnet auch durch einen Elektromagneten ausgetauscht werden kann und wie eine besonders günstige Anordnung realisiert werden kann. 2 Versuchsdurchführung 2.1 verwendete Geräte Schülerspannungsquelle 1 kleine Steckplatte mit Taster 5 kurze Stromkabel 2 Spulen (3000 Windungen) mit U-Kern Multimeter (Polytest 1W) 2.2 Versuchsaufbau Der Versuchsaufbau ist zu realisieren. Der Stromkreis soll nur mit dem Taster geschlossen werden. Bei der Spannungsquelle sind 12 V Gleichspannung einzustellen. Im Multimeter ist die Spannung für Gleichspannung im kleinsten Messbereich einzustellen.
16 2 Exp 7b Induktion bei ruhender 2 Anordnung Kopie.nb 2.3 Versuchsdurchführung Der Stromkreis ist nur kurz zu schließen. Die Veränderung der Spannung zu beobachten. 3 Messwertaufnahme und -auswertung 4 Zusammenfassung und Diskussion
17 Experiment 9a: Lenz sche Regel (1) Station 6 1 Aufgabenstellung Wer beim Radfahren den Dynamo einschaltet, muss kräftiger in die Pedale treten. Ursache ist hierfür aber nicht die vergrößerte Reibung. Dies soll in den folgendenen zwei Experimenten gezeigt werden. Achtung: Das Experiment wurde im Vergleich zum Lehrbuch abgewandelt. 2 Versuchsdurchführung 2.1 verwendete Geräte Stativ, 1 Stativmuffe, 2 Haken, eine kleine Stativstange Metallring offen und geschlossen an jweiels einem Faden 2.2 Versuchsaufbau 2.3 Versuchsdurchführung An den Stativstangen hängen zwei Aluminiumringe. Einer der Ringe hat einen Schlitz. Der Hufeisenmagnet wird zunächst in den Ring ohne Schlitz hineinbewegt und anschließen d wieder herausgezogen. Das Gleiche wird am geschlitzten Ring wiederholgt.
18 2 Exp 9b Lenzsche Regel 2.nb 3 Messwertaufnahme und -auswertung 4 Zusammenfassung und Diskussion
19 Experiment 9b: Lenz sche Regel (2) Station 6 1 Aufgabenstellung Wer beim Radfahren den Dynamo einschaltet, muss kräftiger in die Pedale treten. Ursache ist hierfür aber nicht die vergrößerte Reibung. Dies soll in den folgendenen zwei Experimenten gezeigt werden. Achtung: Experiment wurde im Vergleich zum Lehrbuch abgewandelt. 2 Versuchsdurchführung 2.1 verwendete Geräte 1 starkter Würfelmagnet in Plastiktüte 1 Kupferrohr und 1 Kunststoffrohr 2.2 Versuchsaufbau 2.3 Versuchsdurchführung Das Kunstoffrohr ist vertikal zu halten. Am oberen Ende ist der Würfelmagnet in das Rohr gesteckt werden und am anderen Ende aufzufangen. Das Experiment ist mit dem Würfelmagneten und dem Kupferrohr zu wiederholen. Die Fallzeiten sind bei beiden Versuchsreihen zu vergleichen. Hinweis: Der Würfelmagnet ist sehr stark und darf auf gar keinen Fall in der Nähe von elektrischen Geräten. Weiterhin darf der Würfelmagnet auf gar keinen Fall in der Nähe von metallsichen Gegenständen - hier kann es zu schmerzhaften Quetschungen kommen.
20 2 Exp 9b Lenzsche Regel.nb 3 Messwertaufnahme und -auswertung 4 Zusammenfassung und Diskussion
21 Experiment 10: Wirbelströme Station 7 1 Aufgabenstellung Bisher wurden Induktionsströme in Spule und in Leiterschleifen untersucht. In ihnen ist der Weg des elektrischen Stroms genau festgelegt. Induktionsströme können aber auch in massiven Metallteilen fließen. 2 Versuchsdurchführung 2.1 verwendete Geräte 1 Stativstange mit Fuß, 1 Muffe, 2 Haken, 1 kleine Stativstange 1 geregeltes Netzgerät (Phywe CD-Constanter) mit Stromkabel 2 große Spulen (1500 Windungen, 1A, 22W) mit 1 I-Kern und 2 Polschuhe 1 Schalter (neu) und 1 Steckbrett 1 Pendel mit geschlitzter und ungeschlitzter Scheibe in einer Plastiktüte 2.2 Versuchsaufbau Der Versuchsaufbau ist zu realisieren. Am Netzgerät sind 12V und 1A einzustellen. Das Pendel sollte möglichst mittig und frei zwischen den Polschuhen schwingen können. Der Stromkreis ist durch den Schalter nur während der Messung kurzzeitig zu schließen. Hinweis: Bevor das Netzgerät eingeschalten wird, ist sich mit der Funktionsweise des Schalters vertraut zu machen. Welche Position bedeutet ein und welche aus? Während des Versuchs ist der Stromkreis immer nur kurz zu schließen.
22 2 Exp 10 Wirbelstrombremse.nb 2.3 Versuchsdurchführung Das Pendel mit ungeschnittenen Pendel ist leicht auzulenken, die Schwingung zu beobachten und die Zeit bis das Pendel wieder in Ruhe ist abzuschätzen. Anschließend ist das Pendel wieder auszulenken. Dieses mal soll nachdem sich das Pendel eingeschwungen hat, der Stromkreis zu schließen. Die Zeit, bis das Pendel wieder in Ruhe ist, wieder abzuschätzen. Der Versuch soll mit den geschnittenen Pendel wiederholt werden. 3 Messwertaufnahme und -auswertung 4 Zusammenfassung und Diskussion
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