Sexl Physik 7, Schulbuch

Induktionsgesetz Die zeitliche Änderung eines Magnetfeldes B , genauer des magnetischen Flusses Φ durch eine Leiterschleife (Fläche A ), induziert eine Spannung U ind , die im geschlossenen Stromkreis Strom fließen lässt: U ind = – d Φ /d t. Im homogenen Feld: Magnetischer Fluss Φ = A · B · cos α . α ist der Winkel zwischen Magnetfeld und Flächennormale. Selbstinduktion: Ändert sich der Strom I durch eine Spule, so verursacht die gleichzeitige Flussänderung eine indu- zierte Spannung, die der Stromänderung entgegenwirkt: U ind = – L · dI/dt, L heißt Induktivität der Spule. Elektrotechnik Die Erzeugung von elektrischem Strom durch Generatoren und die Änderung der Spannung in Transformatoren beru- hen auf dem Induktionsprinzip , die Umwandlung der elek- trischen Energie in mechanische Energie in Motoren be- ruht auf der Lorentzkraft . Wechselspannungsgenerator: Eine im Magnetfeld rotieren- de Spule erzeugt durch Induktion eine Wechselspannung: U ind ( t ) = U S sin ω t . ( U S … Scheitelwert der Spannung) Gleichspannungsgenerator: pulsierende Gleichspannung durch Kommutator. Elektromotor: Umkehrung des Generators. Das Magnetfeld übt auf die stromdurchflossene Spule ein Drehmoment aus. Dynamo-elektrisches Prinzip: Das Magnetfeld im Genera- tor wird durch einen Elektromagneten erzeugt, der vom Spulenstrom gespeist wird. Zum Starten reicht die Restma- gnetisierung des Eisenkerns. Spulen und Kondensatoren verhalten sich in Wechsel- stromkreisen anders als Ohm’sche Widerstände: Zwischen Spannung und Strom besteht eine Phasenverschiebung , d. h. ihre Nulldurchgänge sind nicht gleichzeitig. Mittlere Leistung im Wechselstromkreis: äää P = ½ I S · U S · cos φ = I eff · U eff · cos φ . Leistungsfaktor: cos φ Transformatoren bestehen aus zwei über einen Eisenkern gekoppelte Spulen (Windungszahlen N 1 , N 2 ) und wandeln Wechselspannungen, bzw. Ströme: U 2 : U 1 = N 2 : N 1 , I 2 : I 1 = N 1 : N 2 (gilt für idealen Transfor- mator) Die Bereitstellung elektrischer Energie erfolgt über Hoch- spannungsnetze , weil für die gleiche übertragene Leistung geringere Stromstärken und damit geringere Ohm’sche Ver- luste auftreten. Im Hochspannungsnetz wird Drehstrom verwendet. Halbleiter Die Leitfähigkeit eines reinen Halbleiterkristalls beruht auf frei beweglichen Ladungsträgern: Elektronen und Elek- tronenlöcher. Elektronenlöcher verhalten sich wie positive Ladungen. Die sehr geringe Leitfähigkeit nimmt mit stei- gender Temperatur zu. n-Leiter (Elektronenüberschussleiter): Wird Silicium mit ei- nem fünfwertigen Element wie Phosphor dotiert, entsteht ein dotierter Halbleiter , dessen Leitfähigkeit durch das leicht ablösbare fünfte Elektron der Fremdatome beträcht- lich erhöht wird. 6 In einem Schwingkreis können ungedämpfte Schwin- gungen mittels Rückkopplung erzeugt werden. Eine Möglichkeit dazu stellt die Meißner’sche Rück- kopplungsschaltung dar. Erkundige dich über die Funktionsweise dieser Schaltung und entwirf den Versuchsaufbau eines entsprechenden Experiments dazu. 7 Erkundige dich, was die Ozonschicht mit der Filterung von UV-Strahlung zu tun hat, wie diese funktioniert und welche Probleme ein Ozonloch verursacht. 8 Finde heraus, welche Schutzmechanismen gegen UV-Strahlung die Haut im Laufe der Entwicklungsge- schichte des Menschen entwickelt hat (Pigmentierung, Hautdicke). Was bedeuten die (auf S. 41) genannten Informationen für die Benutzung von Solarien? 9 Die Weiterleitung von Daten über das Internet basiert auf sogenannten Internetprotokollfamilien, welche die Adressierung und den Datenaustausch zwischen verschiedenen Computern und Netzwerken regeln. Das Protokoll, in welchem die weltweit eindeutige Adressie- rung von Rechnern festgelegt wird, heißt Internetproto- koll (IP). Informiere dich über die IP-Adressen und stelle ein Handout für Internetuser zusammen. 51 | Zusammenfassende Übersicht Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv