Spannungswaage Der Versuchsaufbau:
Die untere Kondensatorplatte steht isoliert auf einem höhenverstellbaren Ständer, die obere Platte hängt an einem austarierten
Waagebalken mit Lichtzeiger. Ein Schutzring sorgt für die Abschirmung von Randfeldern.
Die Kraftmessung erfolgt mit einem Federkraftmesser.
Die Durchführung:
Im Versuch sind die Kondensatorplatten geladen und haben einen bestimmten Abstand d voneinander. Nun werden die Platten auseinander gezogen und die Spannung gemessen.
Auswertung:
Mit und erhält man für die Energie des Kondensators:
=
Beim Auseinanderziehen der Kondensatorplatten wird das vom Feld erfüllte Volumen V um vergrößert. Dazu muss Energie zugeführt werden:
ε0 εr E² A .
Mit der Beziehung ergibt sich:
ε0 εr E² A= ε0 εr .
Nun kann man mit den Messergebnissen die Abhängigkeit der Kraft F von U untersuchen (siehe Graph rechts).
Es gilt also: Die Kraft F ist proportional zum Quadrat der Spannung.
Stromwaage Versuchsaufbau:
Eine Leiterschleife mit einer bekannten Leiterlänge s wird an einer Federwaage so in ein B-Feld gehängt, dass sie möglichst in der Mitte und senkrecht zu den Feldlinien steht.
Durchführung:
Man lässt bei eingeschaltetem Magnetfeld durch den
Leiter Strom fließen, wobei zunächst die Leiterschleife mit dem Ladebalken aus dem Gleichgewicht nach unten gezogen wird. Nun kann man die Kraft an der Federwaage ablesen.
Es ergeben sich zwei Messreihen:
• Abhängigkeit der magnetischen Kraft Fm vom Leiterstrom IL bei gleichbleibender Leiterlänge (s=8cm)
IL in A 5,0 10 15
Fm in mN 1,9 3,8 5,8
• Abhängigkeit der magnetischen Kraft Fm von der Leiterlänge bei gleichbleibendem Leiterstrom (IL =10A).
s in cm 1,0 2,0 4,0 8,0
Fm in mN 0,4 0,9 2,0 3,8
Auswertung:
An den Messsweten kann man erkennen, dass für die Kraft Fm gilt:
Fm ˜ IL und Fm ˜ s
Diese Proportionalität lässt sich durch ein Diagramm nachweisen.
Man führt nun eine Proportionalitätskonstante B ein: F=B I s
Also gilt für die magnetische Flussdichte mit [B]= (Tesla)
vereinfachter Versuch
