Elektrizitätslehre 7 - 9

November 2009 Telekolleg II

Elektrizitätslehre 7 - 9

1. Geg.: Durchmesser d10cm; Länge l50cm; 250 Windungen; _a ³ A H 3,5 10

  m a)

3 a

a

H l

n 3,5 10 A 0,5m

H I I I 7, 0A

l n m 250

  

      



b) Die magnetische Feldstärke in einer Spule ist unabhängig von deren Querschnittsfläche und damit vom Durchmesser d! Damit gilt: _b 2n _a

H I H

 2l  . Die Feldstärke ist also in beiden Spulen so groß wie in Teil a).

c) Nun verdoppelt sich die Windungszahl ohne Verdoppelung der Spulenlänge: _c 2n _a

H I 2H

  l  . Somit ist die magnetische Feldstärke doppelt so groß wie in a).

2. Geg.: Kraft F0,5mN; wirksame Leiterlänge l_w d

Auf das Leiterstück mit der Länge l_w0,10 m ( Durchmesser der Luftspule ) wirkt die Kraft F  I l_w B. Aber auch die Flußdichte _o

w

B n I

  l  hängt von der Stromstärke I ab.

a) _{w w 0 0} ²

0

n F l

F I l B I l H I d I I

l d n

              

 

3 7

0,5 10 N 0,5m A

I 2,82A 2,8A

0,1m 4 10 Tm 250





  

   

   ; ER:

2 2 2

NmA VAs A m

A A

mTm m Vs

    

 b) Vorne an der Spule entsteht wegen (technischer) Strom-

richtung und Wicklungssinn ein Nordpol. Die Magnet- feldlinien verlaufen im Außenraum von N nach S, aber im Innenraum von S nach N! Die Kraftwirkung erfolgt daher entsprechend der Dreifingerregel der rechten Hand nach unten.

c) Wird die Stromrichtung umgepolt, so ändern sich am Drahtstück Stromrichtung und Magnetfeldrichtung.

Beide Änderungen heben sich auf, die Kraft wirkt auch dann nach unten!

3. Geg.: 1000 Windungen bei 10,0cm Länge, I200mA; B₀0, 251T

a) Mit Luftspule: _{0 0} n ⁷Tm 1000 ₀

B H I B 4 10 0, 2A 2,51mT 0, 251T B

l A 0,1m

                . Ein Eisenkern

ist erforderlich:

b) _{0 r 0 r r} B⁰ 251mT

B H B 100

B 2,51mT

           

Strom

Kraft Magnetfeld

November 2009 Telekolleg II

4. Geg.: Helmholtzspulenpaar mit ₀ ⁷Tm

N 500; r 15cm; I 10A; 4 10 A

      

7 Helmholtz

Tm 500

B 0, 72 4 10 10A 0, 03016T 30,16mT

A 0,15m

        

6

b5, 0cm; l10cm; UH1,5 V 1,5 10 V ^

6 H 4

H Helmholtz

Helmholtz

U 1,5 10 V m

U b B v v v 9,9 10

b B 0, 05m 0, 03016T s

 

         

 

ER:

V V m2 m Tm Vs m s

  



5. Geg.: siehe Aufgabe 4

a) _{Helmholtz Spule Spule} ² Vs₂ ^{2 3}

B A mit A r 0, 03016 (0,15m) 2,1 10 Vs

m

            

b) U_ind N t

  

 (Feld- und Induktionsspule identisch: Selbstinduktion)

Aus Ergebnis von 5.a folgt: (10A)2,1 10 Vs; ^3 (0A)    0 0 2,1 10 Vs ^3  2,1 10 Vs ^3

3 ind

2,1 10 Vs

U 500 0,533V 0,53V

2, 0s

  

     

c) U_ind B_Helmholtz l v, wobei U_ind als Betrag verstanden wird.

Es folgt:

2 ind

Helmholtz

U 0,533V m m

v v 177

B l 0, 03016Vs 0,1m s

    

  (!)