Sexl Physik 7, Schulbuch

| 74 Multiplizieren wir die elektrische Feldstärke E mit der Länge s des Drahtes, so er- halten wir die zwischen den Drahtenden induzierte Spannung U ind = E · s = v · B · s . Untersuche, überlege, forsche: Größenordnung der induzierten Spannung 74.1 Bestimme die Größenordnung der erzeugten Spannung. Schätze Werte ab für: Ge- schwindigkeit der Leiterschaukel v , Drahtlänge s . Die Größenordnung des Magnetfeld B beträgt ca. 0,1 T für starke Hufeisenmagnete. Ist dein Ergebnis plausibel? Experiment: Bewegte Leiterschleife im Magnetfeld 74.1 Wir bewegen nun statt des Drahtstücks eine rechteckige Drahtschleife. Liegt die gesamte Schleife im homogenen Magnetfeld, so werden in den beiden zur Bewegungsrichtung normalen Leiterstücken entgegen gesetzte Spannungen indu- ziert und das Voltmeter zeigt keinen Ausschlag ( 74.1 ). Liegt aber nur ein Teil der Schleife im Magnetfeld, wird wieder eine induzierte Spannung U ind = v · B · s angezeigt. Wird die Schleife in der Zeit d t um das Stück v ·d t verschoben, ändert sich die vom Magnetfeld B durchsetzte Fläche A um d A = – s · v ·d t (Verkleinerung). Daher gilt s ·v = –d A /d t . Die in 74.2 verwendete Leiterschleife entspricht gerade die- sem Fall: Der bewegte Leiter befindet sich im homogenen Magnetfeld, der Rest der Schleife im feldfreien Raum.) Es ergibt sich daher U ind = B · v · s = – B · . Dabei wurde B als konstant angenommen und die Fläche A normal zur Feldrich- tung. Als magnetischer Fluss Φ durch die Fläche A , deren Normale mit den Feld- linien den Winkel α einschließt, wird das Produkt B · A ·cos α bezeichnet ( 74.3 ) Der magnetische Fluss ist eine skalare Größe. Die Bezeichnung Flussdichte für das Feld B wird durch diese Definition erklärt. Damit können wir das Induktionsgesetz formulieren. Es fasst unsere bisherigen experimentellen Ergebnisse zusammen, gilt aber für alle Phänomene, bei denen sich der magnetische Fluss ändert. Das Faraday'sche Induktionsgesetz Wenn sich der magnetische Fluss Φ durch eine Leiterschleife zeitlich ändert, wird eine Spannung induziert: U ind = – Experiment: Bewegter Magnet – ruhender Leiter 74.1 Wir bewegen einen Magneten relativ zur Drahtschleife. Wie zuvor ergibt sich ein Ausschlag des Voltmeters. Durch die Bewegung des Magneten hat sich der magneti- sche Fluss Φ innerhalb der Leiterschleife geändert. Nach dem Induktionsgesetz wird eine Spannung induziert. Das Auftreten dieser Spannung kann nicht mit der Lorentzkraft erklärt werden, denn der Leiter wurde nicht bewegt. Das Induktionsgesetz zeigt als grundlegend neue Tatsache: Bei jeder Änderung des magnetischen Flusses innerhalb einer Leiterschleife wird eine Spannung induziert. s v B U = 0 V 74.1 Liegt die Schleife vollständig im homo- genen Magnetfeld, so wird bei der Bewegung keine Spannung induziert. U v B s = · · B v s V 74.2 Verschiebt man die Leiterschleife um d x , so ändert sich der magnetische Fluss Φ um d Φ = B d A = – B s d x A B A · cos   74.3 Der magnetische Fluss durch die zu den Feldlinien geneigte Fläche ( A ) ist ebenso groß wie durch die zu den Feldlinien senkrech- te Fläche ( A ·cos α ). 74.4 Lässt man einen Stabmagneten durch die Spulen des Rohrs fallen, wird in ihnen eine Spannung induziert. (Daten zur Auswertung des Experiments unter physikplus.oebv.at) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv