Die Induktionsspannung bei Änderung von A durch Drehen 2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Versuch 2 Die Induktionsspannung bei Änderung von A durch Drehen Von: Leo Thiessen, Daniel Hetterle, Philipp Hodges, Maria Walger, Alex Dick

2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Durch eine Änderung des magnetischen Flusses Φ wird in einer Spule eine Spannung induziert Induktionsgesetz: Ui=-N*Φ` (Φ`= Änderung des magn. Flusses)

2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Vorversuch Zusammenhang zw. Stromstärke I und der magnetischen Feldstärke B im HELMHOLTZ-Spulenpaar Ergebnis: I~B

2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Hauptversuch - Aufbau

2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Hauptversuch

Hauptversuch Geräte HELMHOLTZ-Spulenpaar Stromversorgung Amperemeter 2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Hauptversuch Geräte HELMHOLTZ-Spulenpaar Stromversorgung Amperemeter Induktionsspule Experimentiermotor PHYWE Schleifringe oder lange Anschlusskabel PHYBOX Computer Teslameter

2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Hauptversuch Ziel: Untersuchung der Abhängigkeit des Flächenvektors A und der Induktionsspannung Ui

Hauptversuch Ergebnisse der Untersuchung: 2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Hauptversuch Ergebnisse der Untersuchung:

Rechnung 1. A = a ∙ b A' = a ∙ b' b' = b ∙ cos ∙ α 2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Rechnung 1. A = a ∙ b A' = a ∙ b' b' = b ∙ cos ∙ α A' = a ∙ b ∙ cos ∙ α α = Drehwinkel A' = A ∙ cos ∙ α 2. φ = B ∙ A' φ = magn. Fluß φ = B ∙ A ∙ cos ∙ α

Rechnung 3. Ui = -N ∙ (d φ/dt) = -N ∙ (d(B ∙ A ∙ cos α)/dt) 2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Rechnung 3. Ui = -N ∙ (d φ/dt) = -N ∙ (d(B ∙ A ∙ cos α)/dt) = -N ∙ B ∙ A ∙ (d(cos α/dt) 4. α = w ∙ t w = Winkelgeschwindigkeit = (2 ∙ ∏)/T T = Periodendauer Ui = -N ∙ B ∙ A ∙ (d(cos w ∙ t)/dt Ableitung Ui= N ∙ B ∙ A ∙ w ∙ sin w ∙ t

1. Ableitung: |Ui|= -A ∙ sin (w ∙ t) ∙ w  Kettenregel wird benutzt 2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Zeigen Sie, dass bei Ihrem Versuch |Ui| ~ A = (A ∙ cos φ ) ° = (A ∙ cos ∙ (w ∙ t)) ° gilt! Rechnung: 1. Ableitung: |Ui|= -A ∙ sin (w ∙ t) ∙ w  Kettenregel wird benutzt 2. Einsetzen in Ui = -n ∙ B ∙ A' : Ui = n ∙ B ∙ A ∙ sin (w ∙ t) ∙ w 3. Ergebnis: Bei der Drehung einer Spule im homogenen Magnetfeld wird die Momentanspannung Ui induziert, die sich sinusförmig mit der Winkelgeschwindigkeit w ändert.

Konkrete Berechnung Umax=500*1,5*10^-3T*0,0275^2m²*2π/0,24sec 2008 - 1. 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

Rechnung Kontrolle: B über I berechnen 2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Rechnung Kontrolle: B über I berechnen

Mögliche Fehlerquellen 2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Mögliche Fehlerquellen Messungenauigkeiten Zu niedriger Taktbereich Schlechte Kontakte an der Halterung der Spule Probleme mit der Phybox (x-Achse wurde oft nach oben verschoben) Kabel störanfällig

Messung des Erdmagnetfeldes 2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Messung des Erdmagnetfeldes Das B-Feld des HELMHOLTZ-Spulenpaares wird mit dem B-Feld der Erde ausgetauscht Fläche der Spule wird senkrecht zu dem Erdmagnetfeld ausgerichtet Über die gemessene Spannung kann das Erdmagnetfeld bestimmt werden

Messung des Erdmagnetfeldes 2008 - 1. 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*2π/0,18sek) = 3,33*10^-5 T  Entspricht etwa dem Literaturwert (3-6*10^-5 T)

Mögliche Fehlerquellen bei der Messung des Erdmagnetfeldes 2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Mögliche Fehlerquellen bei der Messung des Erdmagnetfeldes 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) Man arbeitet mit sehr kleinen Werten, sodass Messungenauigkeiten sich stärker auswirken

2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Quellen http://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/physik/online_material/e_lehre_2/induktion/drehspule.htm Metzler Physik