Präsentation von Martin Pilarski und Felix Golly - 15.01.08 - Experimentelle Bestimmung der Magnetischen Flussdichte einer langen Spule Präsentation von Martin Pilarski und Felix Golly - 15.01.08 -

Versuchsaufbau lange Luftspule: N = 1330 I = 2,3 A L = 1 m CASSY mit Kraftsensor Leiterbügel L1 = 1 cm | L2 = 2 cm | L3 = 4 cm Die lange Spule besitzt in der Mitte eine kleine Öffnung, in die die Leiterbügel hinein gehängt werden können. Diese Öffnung beeinflusst das Magnetfeld nicht sonderlich, sodass sich mit dem konstanten Spulenstrom (2,3A) ein homogenes Magnetfeld im Inneren der Spule ausbildet. Die Leiterbügel werden jeweils mit CASSY verbunden: Sie werden an den Kraftsensor angehängt und mit der Stromquelle verbunden.

Die UVW-Regel... ...besteht aus... Ursache – Vermittlung – Wirkung B F (oder Drei-Finger-Regel) ...besteht aus... Ursache – Vermittlung – Wirkung B F Das Foto der Hand ist perspektivisch (Im Bezug zur Skizze) verzerrt, zur besseren Vorstellung drehe man sie leicht nach Rechts. I

Die Magnetfeldrichtung einer Spule Rechte-Faust-Regel: -vier Finger zeigen in die Wicklungsrichung der Spule -der Daumen in die des resultierende Magnetfelds Die Rechte-Faust-Regel gilt in ähnlicher Form ebenso für einen geraden Leiter: Der Daumen symbolisiert die Stromrichtung (von + zu - ), die gekrümmten Finger das Magnetfeld, welches auf konzentrischen Kreisen (gleicher Abstand zum Leiter) die gleiche Stärke aufweisen (von N zu S). Quelle Spule: http://www.dj4uf.de/lehrg/a08/Bild8-07.gif N S

Die Leiterschleife im homogenen Magnetfeld F1 und F2 heben sich auf, es wirkt nur F3 B Das Magnetfeld geht in die Leiterschleife hinein, dies symbolisieren die Kreise mit dem Punkt in der Mitte. Die Kräfte auf die senkrechten Leiterstücke neutralisieren sich, auf den Kraftsensor wirkt nur die Kraft F3, des L breiten Leiterstücks. l

Links sieht man die Die drei Messreihen der unterschiedlichen Leiterbügellägen, welche die Kraft in Abhängigkeit der Stromstärke zeigen. Wie man feststellt, liegen die Punkte einer Messreihe auf einer Ursprungsgeraden -> es liegt eine Proportionalität zwischen Kraft und Stromstärke vor. (siehe nächste Folie) Es handelt sich hierbei um den Mittelwert von jeweils 3 verschiedenen Messungen. Messreihen 3er Leiterbügellängen in Abhängigkeit verschiedener Stromstärken

Physikalische Betrachtung Der Nullpunktsfehler ist vernachlässigbar klein Aus der Ursprungsgeraden folgt: Die Regression mit den physikalischen Entsprechungen und korrekten Einheiten ergibt obenstehndes. Dargestellt wird die Kraft auf den Leiter in Abhängigkeit des Stromes, was zu einer Proportionalität führt. Und damit:

Stellt man den, zu jeder Leiterlänge, konstanten Term F/I in Abhängigkeit zur Leiterbüglellänge dar, so erhellt man auch hier eine Ursprungsgerade (mit Nullpunktsfehler) , welche folgende Regression liefert: Es liegt eine Proportionalität zwischen F/I und L vor.

Physikalische Betrachtung Der Nullpunktsfehler ist vernachlässigbar klein Aus der Ursprungsgeraden folgt: Die Regression mit den physikalischen Entsprechungen und korrekten Einheiten ergibt obenstehndes. Dargestellt wird die F/I in Abhängigkeit der Leiterbügellänge L, was zu einer Proportionalität führt. B ist die „magnetische Flussdichte“ und stellt eine charakteristische Größe für das Magnetfeld dar. Die Einheit für die „magnetische Flussdichte“ lautet Tesla:

Vergleich Theorie und Experiment mit: N = 1330 I = 2,3 A L = 1 m Aus der Formelsammlung erhält man, dass für das Innere einer langen stromdurchflossenen Spule gilt: Also folgt für das Experiment : Mit der Formel aus der Formelsammlung und den Daten zu der Spule, kann man den theoretischen Wert der magnetischen Flussdichte errechnen.