Administratives BSL PB

Transkript

1 Administratives Die folgenden Seiten sind ausschliesslich als Ergänzung zum Unterricht für die Schüler der BSL gedacht (intern) und dürfen weder teilweise noch vollständig kopiert oder verbreitet werden.

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3 Induktion Verändert sich der magnetische Fluss durch eine Spule mit der Zeit, so kann an den Anschlüssen der Spule eine Spannung festgestellt werden. Die Spannung ist umso grösser.. -je stärker der Magnet -je schneller man den Magneten bewegt

4 Induktion Man kann den Permanentmagneten durch einen Elektromagneten ersetzen und die Bewegung durch das Ein- und Aus-schalten des Stromes simulieren.

5 Induktion Man kann beide Spulen auf denselben Eisenkern wickeln.

6 Induktion Energieträger: Elektrizität Magnetfeld Elektrizität

7 Induktion Durch das Windungszahl-Verhältnis kann die Sekundärspannung bestimmt werden. Die Energieerhaltung diktiert daher auch eine Änderung des Stroms.

8 Induktion Bei jeder Änderung des Stroms durch den Elektromagneten wird der Ring abgestoßen.

9 Induktion Kraft auf Anker Umkehrung: Wir drehen am Motor.. Strom in Leiter Magnetfeld Kraft/Bewegung Ist dieser Effekt umkehrbar?

10 Induktion In einem sich bewegenden elektrischen Leiter im Magnetfeld wird eine Spannung induziert. Genauer: Schneidet ein Leiterelement die Magnetfeld-Linien, so kann man an den Enden des Leiters eine Spannung feststellen. Man nennt diesen Vorgang Induktion. Spule am KO

11 Oszilloskop Um zeitlich veränderliche Spannungen zu visualisieren eignet sich das Oszilloskop. U t Spule am KO

12 Induktion Das Experiment zeigt: Die induzierte Spannung ist proportional zur Länge des Leiters (Serieschaltung von Spannungsquellen). Die induzierte Spannung ist proportional zur Geschwindigkeit mit der sich der Leiter bewegt. Die induzierte Spannung ist proportional zur magnetischen Flussdichte B. Die induzierte Spannung ist am grössten, wenn die Feldlinien im rechten Winkel geschnitten werden. Ist der Leiter parallel zu den Feldlinien, so wird keine Spannung induziert. U ind L v B sin( )

13 Induktion Eine andere Beschreibung der Induktion verwendet das Prinzip des magnetischen Flusses. Magnetische Flussdichte B Magnetischer Fluss B A B A Die Flussdichte ist eigentlich eine vektorielle Grösse. Sie gibt zusätzlich zur Feldstärke auch die Richtung der Flusslinien an. Der Fluss ergibt sich dann zu B A B A cos( )

14 Induktion Zeitlich veränderlicher Magnetischer Fluss U ind N Michael Faraday ΔΦ Δt Spannung induziert in Spule mit N Windungen (Bei konstanter Aenderungsrate). Verlauf antafel

15 Induktion Beispiel: Eine Leiterschlaufe mit einer Fläche von 4 cm 2 wird in ein homogenes Magnetfeld gehalten. Das Magnetfeld nimmt linear mit der Zeit zu. Die Schlaufe stehe senkrecht zu den Feldlinien. Es wird eine Spannung von 1 mv gemessen. Wie schnell ändert sich das Magnetfeld? 6 U B B U 10 V A 2. t t t A 4 10 m mt s Motor Drehzahl

16 Induktion Änderung im magnetischen Fluss Änderung der Anzahl Magnetfeldlinien.

17 Induktion Schliesst man den Stromkreis, so fliesst ein Strom. Dieser Strom erzeugt nun seinerseits ein Magnetfeld (Elektromagnet). Zeitlich veränderlicher Magnetischer Fluss Magnet in Richtung Spule Abstossung Lenzsche Regel: Das magnetische Feld eines induzierten Stromes wirkt der Änderung des äusseren magnetischen Feldes entgegen. Magnet von Spule weg Anziehung

18 Induktion Der starke magnetische Puls des Z-Pinch induziert Spannungen in allen leitenden Gegenständen.

19 Induktion Wie ist der zeitliche Verlauf des Magnetischen Flusses durch eine Leiterschlaufe in einem homogenen Magnetfeld wenn die Drehgeschwindigkeit konstant ist? Im Generator ändert sich die Fläche und damit der Fluss nach einem sinusförmigen Verlauf. A( t) A0 sin(2 ft) ( t) B A( t) B sin(2 ft) 2 fb cos(2 ft) t

20 Induktion Moderner Generator eines KKW Einfacher Generator Drehzahlregelung eines Dampfbetriebenen Generators

21 Das Mikrofon Wie würden Sie die Funktionsweise eines Mikrofons anhand der Abbildung beschreiben? Kapazitives Mikrofon Box an KO

22 Der Space Tether Das Erdmagnetfeld kann zur Stromproduktion verwendet werden 3500 V, 1A Woher kommt die Energie?

23 Das Waterloo Bridge Experiment Faraday

24 Dynamo Effekt Das Erdmagnetfeld induziert in den Fliessenden Wassermassen elektrische Ströme die umgekehrt das Erdmagnetfeld verändern..

25 Dynamo Effekt Schwaches Magnetfeld Leitendes Medium durch das Magnetfeld bewegt Verstärkung Ströme werden induziert Ströme generieren Magnetfeld

26 Dynamo Effekt Erde Sonne J gespeichert

27 Dynamo Effekt

28 Dynamo Effekt Magnetar Etwa 10% aller Neutronensterne rotieren mit einer Periode kürzer als 10 ms. Diese setzen auf einen Schlag die gesamte Energie in Konvektionswirbeln durch einen Dynamoeffekt in ein Magnetisches Feld um. (10 11 T) Nach E=mc 2 ist die Energiedichte äquivalent zu dutzenden kg/mm 3. Die Struktur des Quantenvakuums wird verändert. Es wird doppelbrechend. Fakultativ

29 Io und Jupiter 330 km hohe Eruption Im Gegensatz zu unserem Mond ist Io noch aktiv. Sein Magnetfeld interagiert in Komplizierter Weise mit dem Von Jupiter. UV Strahlung von Io

30 Io und Jupiter

31 Der Transformator Das Magnetfeld konzentriert sich im Eisen Mit dem Strom in der Sekundär- Wicklung ändert sich der magnetische Fluss.

32 Der Transformator Ändert sich der Strom in der primären Spule, so wird in der sekundären Spule eine Spannung induziert. Michael Faradays Transformator

33 Der Transformator Fluss durch Eisenkern m NP I( t) ( t) L A U ind N S ΔΦ Δt (für t 0) Welche ist hier die primär- und welche die sekundär-spule? U sekundär U primär N N sekundär primär I s I p N N p s Trafo Demo

34 Der Transformator Lötpistole I s I p N N p s

35 Der Transformator Versuch mit offenem Magnetfeld und Spule mit Lampe

36 Wirbelströme Im Induktionsofen nicht. Im Transformator will man Wirbelströme verhindern.

37 Wirbelströme Versuch

38 Wirbelstrombremse Magnet im Rohr

39 Induktion Induktionsherd Wirbelströme und Ummagnetisierungsverluste (Weisssche Bezirke)

40 Induktion Taschenlampe mit Muskelkraft betrieben.

41 Lernziele

42 Aufgaben Lesen KPK: Kammer: