Sexl Physik 7, Schulbuch

Der magnetische Fluss durch eine Leiterschleife ändert sich auch, wenn sie im Feld gedreht wird. Wenn die Fläche A relativ zu den Feldlinien um den Winkel α geneigt ist, ist der magnetische Fluss um den Faktor cos α kleiner. ( 10.1) Experiment: Bewegter Magnet – ruhender Leiter 10.1 E 1 Ein Permanentmagnet wird relativ zu einer Leiterschleife bewegt. Vergleiche mit dem Experiment 9.2? Beschreibe deine Beobachtung. Durch die Bewegung des Magneten hat sich der magnetische Fluss Φ innerhalb der Leiterschleife geändert. Nach dem Induktionsgesetz wird eine Spannung induziert. Diese Spannung kann nicht mit der Lorentzkraft erklärt werden, weil der Leiter nicht bewegt wurde. Das Induktionsgesetz zeigt als grundlegende neue Tatsache: Bei jeder Änderung des magnetischen Flusses innerhalb einer Leiterschleife wird eine Spannung induziert. Der Induktionsstrom Die Induktionsspannung verursacht in einem geschlossenen Leiterkreis einen In- duktionsstrom, für seine Richtung gilt folgende Regel: Die Lenz’sche Regel Der Induktionsstrom ist so gerichtet, dass er seiner Ursache entgegenwirkt. Das negative Vorzeichen im Induktionsgesetz berücksichtigt diese Regel. Dies illus- trieren wir an einigen Beispielen. Demo-Experiment: Die Leiterschaukel als Stromkreis 10.2 E 1 Schwingt die Leiterschaukel im Magnetfeld, wird Spannung induziert und im geschlossenen Stromkreis fließt Strom. Auf ihn wirkt die Lorentzkraft normal zur Drahtrichtung, sie ist der Bewegung der Leiterschaukel entgegengerichtet und bremst die Bewegung. ( 10.2 ) Der induzierte Strom wirkt seiner Ursache entgegen. Nach dem Energiesatz bremst die auftretende Kraft die Leiterschaukel, ihre kinetische Energie wird in elektri- sche umgewandelt. (Was wäre die Folge, wenn der Induktionsstrom seine Ursache verstärken würde?) Demo-Experiment: Wirbelströme 10.3 E 1 Eine nichtmagnetische Metallplatte schwingt als Pendel zwischen den Polen eines Elektromagneten. Schalten wir den Magneten ein, so bleibt das Pendel sehr rasch stehen. ( 10.3 ) Der Grund dafür ist das Auftreten von Wirbelströmen , das sind in sich geschlos- sene elektrische Ströme in der Metallplatte. Wir können das Metallpendel als eine Vielzahl geschlossener Leiterkreise auffassen, die sich im inhomogenen Magnet- feld bewegen. In jedem dieser Leiterkreise induziert die Flussänderung einen Strom – die auf ihn wirkende Lorentzkraft hemmt die Bewegung. Verwendet man einen vielfach geschlitzten Pendelkörper, dann sind die Wirbel- ströme auf kleine Bereiche beschränkt und die Bremswirkung verringert sich da- durch deutlich ( 10.3 rechts). Experiment: Fallen alle Körper gleich schnell? 10.4 E 1 Du brauchst : zwei etwa 1,5 m lange, gerade Rohre mit 10 bis 15 mm Durch- messer, je eines aus Kunststoff bzw. Kupfer, einen kleinen Stabmagneten und ein etwa gleich großes Holzstäbchen. Lass Magnet und Holzstäbchen durch die verschiedenen Rohre fallen und verglei- che die Falldauern. Erkläre deine Beobachtung. 10.3 Die Bewegung des Metallpendels wird im Magnetfeld durch induzierte „Wirbel- ströme“ gebremst. Dieser Effekt wird z.B. als „Wirbelstrombremse“ bei Bussen und LKWs und bei Achterbahnen genutzt. 10.1 Der magnetische Fluss durch die zu den Feldlinien geneigte Fläche ( A ) ist ebenso groß wie durch die zu den Feldlinien senkrechte Fläche A · cos α . A B A · cos   10.2 Bewegt sich die Leiterschaukel im Magnetfeld, so wird ein Strom induziert. Die Lorentzkraft F wirkt der Bewegung entgegen. v N S A F 1 1 10 ELEKTRODYNAMIK Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv