Ubungen Physik, FF2 ¨ SS 2015
Teil 5, 2. ¨ Ubungsstunde
5.2.1. a) Wir blicken in Richtung des Stroms eines geradlinigen Leiters. Wie groß ist das Magnetfeld des Leiters und welche Form hat es (Skizze)? In welche Richtung zeigt es oberhalb des Leiters und links vom Leiter?
b) Eine 50 cm lange Spule mit einem Durchmesser von 1,35 cm erzeugt in ihrer Mitte ein Magnetfeld von 0,3 mT. Wie groß muß der Strom durch die Spule sein, wenn sie aus 1000 Windungen besteht?
5.2.2. In einer Spule mit 800 Windungen, einer L¨ ange von 5 cm und einem Widerstand von 45 Ω soll ein ma- gnetisches Feld von 12mT erzeugt werden.
a) Welche Spannung muss an die Spule angelegt werden?
b) Skizzieren Sie das Magnetfeld! Geben Sie zwei M¨ oglichkeiten an, mit der man das magnetische Feld verdoppeln kann!
5.2.3. Die L¨ ange einer Spule kann man wie bei einer Spiralfeder ¨ andern. Sie hat 40 Windungen und ist ur- spr¨ unglich 30 cm lang.
a) Welche Stromst¨ arke erzeugt ein Magnetfeld von B = 0, 02 mT?
b) Man dr¨ uckt die Spule auf 20 cm zusammen. Wie groß ist jetzt das Magnetfeld? Welche Stromst¨ arke ben¨ otigt man, um das urspr¨ ungliche Magnetfeld wieder herzustellen?
5.2.4. In zwei parallelen Leitern (Abstand r = 8 cm) hat der Strom dieselbe Richtung (I
1= 12 A, I
2= 3 A).
a) Zeichnen sie die Magnetfeder ein, die die beiden Str¨ ome jeweils am Ort des anderen Stroms erzeugen.
Zeichnen sie die Lorentzkr¨ afte ein, die auf die beiden Str¨ ome wirken!
b) Berechnen Sie die Kraft pro L¨ ange zwischen den Leitern!
c) In welcher Entfernung vom ersten Leiter heben sich die Magnetfelder der beiden Str¨ ome gegenseitig auf? Zeichnen Sie f¨ ur diesen Punkt die Richtung der Magnetfelder ein!
5.2.5. Der abgebildete Magnet hat auf der rechten Seite seinen S¨ udpol. Die Schleife wird nach rechts bewegt. Das untere Bild zeigt die Situation um ∆t = 0, 1 Sekunden sp¨ ater als das obere Bild. Die Leiterschleife hat den Widerstand R = 100 Ω.
a) Warum entsteht in der Schleife ein Induktionsstrom?
b) Berechnen Sie die Induktionsspannung und den Induktionsstrom!
c) Zeichnen Sie die Richtung des Magnetfeldes und des Induktionsstromes ein!
5.2.6. Die Leiterschleife (horizontale L¨ ange L = 4 m, H¨ ohe h = 0, 8 m) besitzt ein bewegliches, vertikales Leiterst¨ uck und befindet sich in einem Magnetfeld B.
a) Bestimmen Sie den magnetischen Fluss Φ durch die gesamte Schleife und die Feldst¨ arke B!
b) Das vertikale Leiterst¨ uck wird mit der konstanten Geschwindigkeit v = 0, 5 m/s nach links bewegt. Berechnen Sie die Induktionsspannung und die Richtung des Induktionsstroms, die dabei entstehen!
5.2.7. Eine Spule wird von einem Strom durchflossen. Die Stromst¨ arke steigt in den ersten drei Sekunden gleichf¨ ormig von 0 A auf 6 A. In den nachsten vier Sekunden bleibt die Stromst¨ arke gleich und in den letzten zwei Sekunden sinkt sie gleichf¨ ormig von 6 A auf 0 A. Hinter der Spule befindet sich ein Ring. Die gegenseitige Induktivit¨ at betr¨ agt
1L
2= 0, 5 H.
Berechnen Sie die Induktionsspannung im Ring und zeichnen Sie den zeitlichen Spannungverlauf im unteren Diagramm ein
5.2.8. a) Wie lautet das Induktionsgesetz in Worten und als Formel?
b) Welche Art von Fluss¨ anderung gibt es? Ist es f¨ ur das Induktionsgesetz wichtig, auf welche Art der Fluß ge¨ andert wird?
5.2.9. Welche Induktionsspannung wird in einer Spule mit 75 Windungen induziert, wenn der magnetische Fluss durch die Spule innerhalb von 3 s gleichf¨ ormig um 5 · 10
−5Tm
2zunimmt?
5.2.10. Eine lange Spule mit der L¨ ange l = 0, 1 m und der Querschnittsfl¨ ache A = 0, 05 m
2besitzt N
1= 200 eng gewickelte Drahtschleifen. Um diese Spule herum ist eine zweite Spule mit N
2= 10 Windungen gewickelt. Der gesamte Fluss aus der Spule 1 geht auch durch die Spule 2.
a) Berechnen Sie die gegenseitige Induktivit¨ at
1L
2der beiden Spulen!
b) Der Strom I
1durch die erste Spule nimmt gleichf¨ ormig von 0 bis 10 A in 0, 1 s zu.
Wie groß ist die Induktionsspannung in der zweiten Spule? Fließt der Induktionsstrom in der zweiten Spule in dieselbe Richtung wie I
1oder in die entgegengesetzte Richtung?
ε
0= 8, 854 · 10
−12 CJm22,
4πε10
