Physik-LK · Skript 3 · Elektrizitätslehre
Stromwaage
Die magnetische Flussdichte ist über die Kraft auf einen Leiter definiert, der senkrecht zu den Feldlinien liegt: B = FI · s, mit der wirksamen Länge s. Hier steht ein Leiterrähmchen mit n Windungen auf einer empfindlichen Waage. Seine obere Seite liegt im Feld, die untere nicht. Du trägst die Kraftänderung über I auf, die Steigung ist n · B · s.
So gehst du vor
- 1Wähle Magnet, Windungszahl und Seitenlänge. Tippe ohne Strom auf „Tara“, damit die Waage null zeigt.
- 2Erhöhe die Stromstärke in Schritten und tippe jedes Mal „I und Anzeige in Tabelle A“.
- 3Ändere n, s und I und sammle die Messwerte in Tabelle B. Vergiss nach jedem Rähmchenwechsel die Tara nicht.
- 4Ziehe das Rähmchen mit der Waage nach oben oder unten und beobachte, welche Seite im Feld liegt.
Waage
0,00 g
Strommesser
0 mA
Zieht das Feld das Rähmchen nach unten, steigt die Anzeige. Zieht es nach oben, sinkt sie und kann nach der Tara negativ werden. Die Kraft ist F = m · g, mit der angezeigten Masse m und g = 9,81 Nkg.
Magnet
Windungszahl n
Seitenlänge s
Stromstärke I
0 mAHöhe der oberen Seite über dem Feldrand
4,0 cmA Kraft über Stromstärke: F über I
Im Diagramm: F = m · g über I. Wechselst du n, s oder den Magneten, beginnt die Tabelle neu.
| Nr. | Stromstärke I in mA | Anzeige m in g |
|---|
B Alle Rähmchen in einem Diagramm: F über n · I · s
Liegen alle Punkte auf einer Geraden, ist F proportional zu n, zu I und zu s. Die Steigung ist dann die Flussdichte.
| Nr. | n · I · s in A · m | Anzeige m in g |
|---|
Aufträge
- Magnet A, n = 500, s = 5,0 cm: Miss wie in der Skriptaufgabe bei 100 mA bis 500 mA. Berechne B einmal aus der Messung bei 100 mA und einmal aus der Steigung. Welcher Wert ist verlässlicher?
- Warum muss man vor der Messung auf Tara gehen? Wie schwer ist das Rähmchen mit 500 Windungen und s = 5,0 cm?
- Stelle 500 mA ein und ziehe die Waage nach oben, bis auch die untere Seite im Feld liegt. Lies die Anzeige ab und erkläre. Was geschieht, wenn nur noch die untere Seite im Feld liegt?
- Die senkrechten Seiten liegen ebenfalls im Feld. Warum tragen sie nichts zur Anzeige bei?
- Polung: Wie muss der Strom in der oberen Seite fließen, damit die Kraft nach unten zeigt? Prüfe es mit der Drei-Finger-Regel. In welche Richtung bewegen sich dabei die Elektronen?
- Fülle Tabelle B mit mindestens sechs Kombinationen von n, I und s. Bestimme die Flussdichte von Magnet B, dann die von Magnet X. Löse erst danach auf.
Theorie: E-Lehre-Skript, Abschnitt „Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter“; Aufgabe „Leiterrähmchen auf der Waage“.