Physik II – Integrierter Kurs
Ubungsblatt Nr. 13, SoSe 13¨
Abgabe am 15.07.2013 in der Vorlesung Besprechung am 17.07.2013 in der ¨Ubung Prof. L. Schmidt-Mende, Prof. M. Fuchs, Dr. D. Hinzke
Aufgabe 1 (schriftlich): Faradaysches Gesetz
Eine rechteckige Leiterschleife mit Seitenl¨angen d und l bewegt sich mit einer konstanten Geschwindigkeitvdurch ein Gebiet (Sei- tenl¨ange 2l), in dem ein homogenes, aus der Papierebene heraus zeigendes MagnetfeldB herrscht. Zum Zeitpunkt t0 tritt die Vor- derkante der Schleife in das Magnetfeld ein. Erfassen Sie in den beiden folgenden Teilaufgaben das Zeitintervall bis sich die Leiter- schleife vollst¨andig aus dem Magnetfeldbereich heraus bewegt hat.
V
l
B 2l
d
a) Berechnen und skizzieren Sie den zeitlichen Verlauf des magnetischen Flusses Φ(t)durch die
Schleife. (2 Punkte)
b) Berechnen und skizzieren Sie den zeitlichen Verlauf der InduktionsspannungUind(t).
(2 Punkte)
Aufgabe 2 (schriftlich): Induktion zweier Spulen
In einer langen Feldspule (l1 = 2 m) mit einem Durchmes- ser d1 = 6 cm (Querschnittsfl¨ache A1), die N1 = 8000 Win- dungen enth¨alt, befindet sich eine kleine Spule. Sie hat einen Durchmesser von d2 = 1 cm (Querschnittsfl¨acheA2) und ent- h¨altN2= 100 Windungen. Ihre Achsen sind parallel zueinander gerichtet (µ0= 4π·107 AmVs).
a) Zun¨achst wird die Feldspule vonI = 4 A durchflossen. Wie gross ist die (Selbst-)Induktivit¨at L11 der großen Spule, wenn w¨ahrend 7 Sekunden die Stromst¨arke gleichm¨assig von 0 auf 4 A hochgeregelt wird? Verwenden Sie die Induktionsspannung Uind=−L11dI
dt. (2 Punkte)
b) Welche Spannung wird dabei zwischen den Enden der kleinen Spule beobachtet, wenn w¨ahrend 7 Sekunden die Stromst¨arke der Feldspule gleichm¨assig von 0 auf 4 A hochgeregelt wird? Berechnen
SieL12. (2 Punkte)
c) Die Enden der Feldspule werden kurzgeschlossen, und danach wird die Spannungsquelle abgeklemmt. Der Ohm’sche Widerstand der Feldspule betr¨agtR= 200 Ω? Nach welchem Gesetz nimmt die Induktionsspannung (an der kleinen Spule) ab? Wie gross ist sie zu Beginn des
Vorgangs? (2 Punkte)
Aufgabe 3 (m¨undlich): Wirbelstrombremsung
In vielen elektrisch angetriebenen Fahrzeugen wird die Wirbelstrombremsung zur Schnellbrem- sung eingesetzt. Erl¨autern Sie die Funktionsweise dieser Wirbelstrombremsung (Literatur z. B.
Demtr¨oder, Bd. 2).
Hinweis zur Klausur am 29.07.2013:
Bitte melden Sie sich bis sp¨atestens zum22.07.2013im STUDIS f¨ur die Klausur an. Aus formalen Gr¨unden m¨ussen Sie sich f¨ur
”IK II- Experimentalphysik“ und
”IK II - Theoretische Physik“ eintragen, auch wenn es nur eine Klausur ist.
