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2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Die Induktionsspannung bei Änderung von A durch Drehen Versuch 2 Von: Leo.

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1 Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Die Induktionsspannung bei Änderung von A durch Drehen Versuch 2 Von: Leo Thiessen, Daniel Hetterle, Philipp Hodges, Maria Walger, Alex Dick

2 Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische InduktionThema: Durch eine Änderung des magnetischen Flusses Φ wird in einer Spule eine Spannung induziert Durch eine Änderung des magnetischen Flusses Φ wird in einer Spule eine Spannung induziert Φ` Induktionsgesetz: Ui=-N*Φ` (Φ`= Änderung des magn. Flusses) (Φ`= Änderung des magn. Flusses)

3 Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische InduktionVorversuch Zusammenhang zw. Zusammenhang zw. Stromstärke I und der magnetischen Feldstärke B im HELMHOLTZ-Spulenpaar Ergebnis: I~B Ergebnis: I~B

4 Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Hauptversuch - Aufbau

5 Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische InduktionHauptversuch

6 Hauptversuch Geräte HELMHOLTZ-Spulenpaar Stromversorgung Amperemeter Induktionsspule Experimentiermotor PHYWE Schleifringe oder lange Anschlusskabel PHYBOX Computer Teslameter

7 Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische InduktionHauptversuch Ziel: Untersuchung der Abhängigkeit des Flächenvektors A und der Induktionsspannung Ui Ziel: Untersuchung der Abhängigkeit des Flächenvektors A und der Induktionsspannung Ui

8 Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische InduktionHauptversuch Ergebnisse der Untersuchung: Ergebnisse der Untersuchung:

9 Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische InduktionRechnung 1. A = a b 1. A = a b A' = a b' b' = b cos α A' = a b' b' = b cos α A' = a b cos α α = Drehwinkel A' = a b cos α α = Drehwinkel A' = A cos α A' = A cos α 2. φ = B A' φ = magn. Fluß 2. φ = B A' φ = magn. Fluß φ = B A cos α φ = B A cos α

10 Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische InduktionRechnung 3. Ui = -N (d φ/dt) 3. Ui = -N (d φ/dt) = -N (d(B A cos α)/dt) = -N (d(B A cos α)/dt) = -N B A (d(cos α/dt) = -N B A (d(cos α/dt) 4. α = w t 4. α = w t w = Winkelgeschwindigkeit = (2 )/T w = Winkelgeschwindigkeit = (2 )/T T = Periodendauer T = Periodendauer Ui = -N B A (d(cos w t)/dt Ui = -N B A (d(cos w t)/dt Ableitung Ableitung Ui= N B A w sin w t Ui= N B A w sin w t

11 Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Zeigen Sie, dass bei Ihrem Versuch |Ui| ~ A = (A cos φ ) ° = (A cos (w t)) ° gilt! Rechnung: Rechnung: 1. Ableitung: |Ui|= -A sin (w t) w 1. Ableitung: |Ui|= -A sin (w t) w Kettenregel wird benutzt Kettenregel wird benutzt 2. Einsetzen in Ui = -n B A' : 2. Einsetzen in Ui = -n B A' : Ui = n B A sin (w t) w Ui = n B A sin (w t) w 3. Ergebnis: 3. Ergebnis: Bei der Drehung einer Spule im homogenen Magnetfeld wird die Momentanspannung Ui induziert, die sich sinusf ö rmig mit der Winkelgeschwindigkeit w ä ndert. Bei der Drehung einer Spule im homogenen Magnetfeld wird die Momentanspannung Ui induziert, die sich sinusf ö rmig mit der Winkelgeschwindigkeit w ä ndert.

12 Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Konkrete Berechnung T=0,24 sek B=1,5 mT (Messung aus dem Vorversuch) A= (0,0275 m)^2 N=500 Umax=500*1,5*10^-3T*0,0275^2m²*2π/0,24sec Umax=14,9mV Errechneter Wert stimmt in etwa mit dem gemessenem Wert überein

13 Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische InduktionRechnung Kontrolle: B über I berechnen Kontrolle: B über I berechnen

14 Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Mögliche Fehlerquellen Messungenauigkeiten Messungenauigkeiten Zu niedriger Taktbereich Zu niedriger Taktbereich Schlechte Kontakte an der Halterung der Spule Schlechte Kontakte an der Halterung der Spule Probleme mit der Phybox (x-Achse wurde oft nach oben verschoben) Probleme mit der Phybox (x-Achse wurde oft nach oben verschoben) Kabel störanfällig Kabel störanfällig

15 Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Messung des Erdmagnetfeldes Das B-Feld des HELMHOLTZ- Spulenpaares wird mit dem B-Feld der Erde ausgetauscht Das B-Feld des HELMHOLTZ- Spulenpaares wird mit dem B-Feld der Erde ausgetauscht Fläche der Spule wird senkrecht zu dem Erdmagnetfeld ausgerichtet Fläche der Spule wird senkrecht zu dem Erdmagnetfeld ausgerichtet Über die gemessene Spannung kann das Erdmagnetfeld bestimmt werden Über die gemessene Spannung kann das Erdmagnetfeld bestimmt werden

16 Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Messung des Erdmagnetfeldes Umax=0,44 mV T=0,18 sek A=0,0275^2 m² N=500 Ui =N*B*A*ω*sin(ω*t) B= Ui/(N*A*ω*sin(ω*t)) B=0,44*10^-3 V/(500*0,0275^2m²*2 B=0,44*10^-3 V/(500*0,0275^2m²*2π/0,18sek) = 3,33*10^-5 T Entspricht etwa dem Literaturwert (3-6*10^-5 T)

17 Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Mögliche Fehlerquellen bei der Messung des Erdmagnetfeldes Starke Beeinflussung durch Geräte (z.B. PC) in der Umgebung Starke Beeinflussung durch Geräte (z.B. PC) in der Umgebung Kabel müssen abgeschirmt sein, sonst kommt es zu unsinnigen Werten ( Man misst die Netzfrequenz der umliegenden Kabel) Kabel müssen abgeschirmt sein, sonst kommt es zu unsinnigen Werten ( Man misst die Netzfrequenz der umliegenden Kabel) Man arbeitet mit sehr kleinen Werten, sodass Messungenauigkeiten sich stärker auswirken Man arbeitet mit sehr kleinen Werten, sodass Messungenauigkeiten sich stärker auswirken

18 Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische InduktionQuellen bw.de/unterricht/faecher/physik/online_ma terial/e_lehre_2/induktion/drehspule.htm bw.de/unterricht/faecher/physik/online_ma terial/e_lehre_2/induktion/drehspule.htm bw.de/unterricht/faecher/physik/online_ma terial/e_lehre_2/induktion/drehspule.htm bw.de/unterricht/faecher/physik/online_ma terial/e_lehre_2/induktion/drehspule.htm Metzler Physik Metzler Physik


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