Physik-LK · Skript 3 · Elektrizitätslehre
Leiterrahmen im Magnetfeld
Ein rechteckiger Leiterrahmen mit n Windungen wird mit konstanter Geschwindigkeit v durch ein begrenztes homogenes Magnetfeld gezogen. Solange sich der magnetische Fluss Φ = B · A ändert, wird eine Spannung induziert: Uind = −n · Φ̇ = −n · B · h · v beim Eintauchen, mit umgekehrtem Vorzeichen beim Austreten. Ist der Rahmen geschlossen, fließt ein Strom, der die Bewegung bremst (Lenzsche Regel).
So gehst du vor
- 1Wähle Flussdichte, Windungszahl und Geschwindigkeit.
- 2Tippe „Start“. Der Rahmen fährt durch das Feld; unten zeichnen die Diagramme Φ und Uind auf.
- 3Nach der Fahrt „v und größte Spannung in die Tabelle“ tippen.
- 4Wiederhole mit mindestens vier anderen Geschwindigkeiten.
- 5Lenzsche Regel: „Rahmen geschlossen“ einschalten und den Rahmen mit dem Finger ins Feld und wieder hinaus ziehen.
Induktionsspannung
0,0 mV
größter Betrag (letzte Fahrt)
–,– mV
Flussdichte B
0,20 TWindungszahl n
Geschwindigkeit v
4,0 cmsBreite des Feldes
Die Rahmenhöhe h = 6 cm liegt ganz im Feld. Beim Ziehen von Hand siehst du, wie die Spannung von der Geschwindigkeit abhängt.
Flussdichte aus der Induktionsspannung: Uind über v
Feld, Windungszahl und Rahmen während der Messreihe nicht ändern. Aus Uind = n · B · h · v folgt B aus der Steigung.
| Nr. | Geschwindigkeit v in cms | Spannung Uind in mV |
|---|
Aufträge
- Starte eine Fahrt. Skizziere Φ(t) und Uind(t) und erkläre jeden Abschnitt.
- Warum ist die Spannung null, solange der Rahmen ganz im Feld steckt? Was ändert sich beim schmalen Feld?
- Miss die größte Spannung für fünf Geschwindigkeiten und bestimme B aus der Tabelle. Vergleiche mit der Einstellung.
- Verdopple n, dann B. Sage das Ergebnis vorher und prüfe.
- Schließe den Rahmen und ziehe ihn von Hand. In welche Richtung fließt der Strom beim Ein- und Austauchen, wohin zeigt die Kraft? Begründe mit der Lenzschen Regel.
Theorie: E-Lehre-Skript, Abschnitte „Der Leiterrahmen im begrenzten Feld“, „Magnetischer Fluss und Induktionsgesetz“ und „Die Lenzsche Regel“.