Das Magnetfeld ändert sich - Induktion 2. Art
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Für das Auftreten einer Induktionsspannung gibt es zwei verschiedene Möglichkeiten:
1.) Induktion 1. Art - Magnetfeld konstant, Fläche ändert sich.
- Das Magnetfeld B ist konstant.
Nur wenn sich die vom Magnetfeld durchsetzte Fläche A verändert, tritt eine Induktionsspannung auf.
Diese erste Möglichkeit (Induktion 1. Art) haben wir bereits hier kennen gelernt.
2.) Induktion 2. Art - Fläche konstant, Magnetfeld ändert sich.
Die zweite Möglichkeit ist die folgende:
- Die vom Magnetfeld durchsetzte Fläche A ändert sich
nicht. Die Spule ist ganz im Feld.
Es tritt nur dann eine Induktionsspannung auf, wenn sich die Stärke des Feldes (die Flussdichte B) verändert.
Natürlich gibt es auch eine Induktionsspannung, wenn sich die Fläche A ändert und auch noch die Stärke des Magnetfeldes B ändert.
Diese zweite Möglichkeit wollen wir hier näher kennen lernen.
| Im Hauptfeld sehen wir einen Bereich eines Magnetfeldes (hellblau) und
darin eine Spule, die von dem Magnetfeld ganz durchsetzt wird (dunkleres
blau). Wird der "Start" Knopf gedrückt, passiert erst einmal für 2,5 s gar nichts. Danach steigt die Stärke des Magnetfeldes linear an. Dies wird in dem dunkelblauen Balken links angezeigt. Das Feld kann ansteigen, oder auch abfallen. (Auswahlfeld ganz oben) Auf welchen Wert die magnetische Flussdichte ansteigt, kann im Auswahlfeld "max. Flussdichte B" ausgewählt werden. Wie lange dieser Anstieg dauern soll, kann im Feld "Anstiegszeit t" gewählt werden. Nach dem Anstieg / Abfall bleibt das Feld wiederum 2,5 s lang unverändert. Der Verlauf der Flussdichte B(t) und der Induktionsspannung Uind(t) wird in den Diagrammen rechts dargestellt. |
Fragen / Aufgaben:
1.) Die magnetische Flussdichte wächst an.
Belasse zunächst die Grundeinstellungen und klicke auf "Start".
- Wie verläuft die B(t)-Kurve? Erkläre!
- Wie verlauft die Uind(t)-Kurve?
2.) Der Endwert der Flussdichte spielt eine Rolle.
Nun wird die "maximale Flussdichte B" auf 20 mT verdoppelt. Die Anstiegszeit bleibt gleich (5 s).
- Wie verändert sich dabei das B(t)-Diagramm?
- Wie verändert sich die Steigung der B(t)-Geraden?
- Wie verändert sich die Induktionsspannung?
3.) Schneller Anstieg / langsamer Anstieg der magnetischen Flussdichte.
Belasse die maximale Flussdichte auf 20 mT. Die Anstiegszeit bis dieser
Maximalwert erreicht wird, soll aber nun 10 s betragen.
(Der Anstieg erfolgt halb so schnell)
- Welche Auswirkungen hat dies auf die B(t)-Kurve?
- Welche Auswirkung hat dies auf die Induktionsspannung?
4.) Auf die Steigung der Kurve kommt es an.
Vergleiche die beiden Diagramme aus 3) mit den entsprechenden Diagrammen aus 1)
- Welche Gemeinsamkeiten und welche Unterschiede gibt es?
5.) Die magnetische Flussdichte nimmt ab.
Wähle als "Änderung des Magnetfeldes" die Auswahl "Feld nimmt ab".
- Was kann man nun über die Steigung der B(t)-Diagramme aussagen?
- Was kann man über die Polung der Induktionsspannung sagen?
6.) Auch die Spulenfläche ist wichtig.
Verdopple die Breite d des Spulenrähmchens.
Welchen Einfluss hat dies auf
- die Spulenfläche,
- den Anstieg der magnetischen Flussdichte
- die Induktionsspannung?
7.) Die Windungszahl nicht vergessen.
Verändere die Windungszahl n.
- Wie verändert sich dabei die Induktionsspannung?
8.)Hey- was geht?
Versuche durch Veränderung mehrerer Einstellungen den Betrag der Induktionsspannung möglichst groß / möglichst klein zu machen?
- Welche maximale Induktionsspannung kannst du erreichen?
- Welches ist die kleinste mögliche Induktionsspannung?
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Die Simulationen entstanden mit Hilfe von Physlets
von Wolfgang Christian und Mario Belloni vom Davidson College, USA |
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