Magnetfelder und Induktion
Das lernst du
- Ich beschreibe Magnetfelder mit Feldlinien.
- Ich erkläre das Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule.
- Ich beschreibe, wann eine Spannung induziert wird.
- Ich erkläre den Aufbau eines Generators.
- Ich erkläre den Aufbau eines Elektromotors.
- Ich berechne Spannungen am Transformator.
- Ich erkläre, warum Strom mit Hochspannung transportiert wird.
Merksätze
Feldlinien laufen außerhalb des Magneten vom Nord- zum Südpol.
Sie schneiden sich nie – wo sie dicht liegen, ist das Feld stark.
Eine stromdurchflossene Spule hat ein Magnetfeld wie ein Stabmagnet.
Mehr Windungen und mehr Strom bedeuten ein stärkeres Feld.
Eine Spannung wird nur induziert, wenn sich das Magnetfeld durch die Spule ÄNDERT.
Ein ruhender Magnet induziert nichts.
Im Generator dreht sich eine Spule im Magnetfeld.
Bewegungsenergie wird zu elektrischer Energie – der Motor ist derselbe Aufbau rückwärts.
Im Motor wird ein stromdurchflossener Leiter im Magnetfeld abgelenkt.
Elektrische Energie wird zu Bewegung – der Generator ist derselbe Aufbau vorwärts.
U₁ : U₂ = n₁ : n₂. Mehr Windungen bedeuten mehr Spannung – aber die Leistung wird dabei nicht größer.
Bei gleicher Leistung fließt bei hoher Spannung wenig Strom.
Weil die Verlustwärme mit I² wächst, spart Hochspannung Energie im Netz.
Selbst abfragen
Tippen dreht um, Wischen blättert.Leertaste dreht um, Pfeiltasten blättern.
So geht es – ein Beispiel je Aufgabenart
Zwei Stabmagnete werden so zusammengeschoben, dass sich ein Südpol und ein Südpol gegenüberstehen. Was spürst du?
- Schau, welche Pole sich gegenüberstehen.
- Südpol und Südpol sind gleichnamig.
- Gleichnamige Pole stoßen sich ab.
Ergebnis: Sie stoßen sich ab.
Das Bild zeigt die Feldlinien eines Magnetstabs aus der Sammlung. Wo ist das Magnetfeld stärker: bei A oder bei B? Begründe.
- Die Dichte der Feldlinien zeigt die Stärke des Feldes.
- Bei B liegen die Linien dicht, bei A weit auseinander.
- Also ist das Feld bei B stärker.
Ergebnis: bei B, dort liegen die Feldlinien dichter
Eine Spule mit 100 Windungen erzeugt bei 2 A innen 0,4 mT. Eine gleich lange Spule hat 400 Windungen, auch 2 A. Wie stark ist ihr Feld? Berechne mit Einheit.
- Das Feld wächst im gleichen Verhältnis wie die Windungszahl.
- 400 : 100 = 4
- B = 4 · 0,4 mT = 1,6 mT
Ergebnis: 1,6 mT
Ein Kran im Hafen hebt Stahlrohre mit einem Elektromagneten an. Wie lässt er sie am Ziel wieder los?
- Ein Elektromagnet ist eine Spule mit Eisenkern.
- Nur solange Strom fließt, hat er ein Magnetfeld.
- Strom aus: Das Feld verschwindet, die Last fällt ab.
Ergebnis: Er schaltet den Strom in der Spule ab.
Typische Fehler – so sieht es falsch aus, so richtig
Magnet liegt in der Spule → U = 2 V werden induziert
Magnet liegt still → U = 0 V. Erst die Änderung induziert.
Ein ruhender Magnet in einer Spule induziert nichts. Erst die Änderung erzeugt Spannung.
n₁ = 1000, n₂ = 200, U₁ = 230 V → U₂ = 230 · 1000 : 200 = 1150 V
U₂ = U₁ · n₂ : n₁ = 230 · 200 : 1000 = 46 V
Mehr Windungen, mehr Spannung. Wer das Verhältnis dreht, bekommt das Ergebnis um den Faktor n² daneben.
Weiter lesen und ausprobieren – auf fremden Seiten
- PhET-Simulation (University of Colorado Boulder): Wellen auf einer Schnur (CC BY-NC 4.0 – nur verlinkt)
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