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Physik · Klasse 10 · Kapitel

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Magnetfelder und Induktion

  • Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
  • Merken kommt ins Heft
  • Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
  • Üben selbst rechnen
  • Achtung typischer Fehler
  • Weiterdenken zum Knobeln und Vernetzen

○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.

1Ich beschreibe Magnetfelder mit Feldlinien.

MerkenFeldlinien

Feldlinien laufen außerhalb des Magneten vom Nord- zum Südpol.

Sie schneiden sich nie – wo sie dicht liegen, ist das Feld stark.

BeispielMagnetpole und Kompass

Zwei Würfelmagnete werden so zusammengeschoben, dass sich ein Südpol und ein Südpol gegenüberstehen. Was spürst du?
NSSN?
Schritt für Schritt
  1. Schau, welche Pole sich gegenüberstehen.
  2. Südpol und Südpol sind gleichnamig.
  3. Gleichnamige Pole stoßen sich ab.
  1. Schau, welche Pole sich gegenüberstehen.
  2. Südpol und Südpol sind gleichnamig.
  3. Gleichnamige Pole stoßen sich ab.
Ergebnis:
Sie stoßen sich ab.

AchtungPole verwechselt

So nicht
Nordpol und Nordpol ziehen sich an.
So richtig
Nordpol und Nordpol → Abstoßung, Nordpol und Südpol → Anziehung

Sag den Satz laut: gleichnamig stößt ab, ungleichnamig zieht an. Eisen wird von jedem Pol angezogen.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Neben einem Magneten liegen ein Stück Aluminiumfolie, ein Schlüsselring aus Stahl und ein Messingschlüssel. Welcher Gegenstand wird angezogen?
    NSein Stück Aluminiumfolieein Schlüsselring aus Stahlein Messingschlüssel?
    So fängst du an:
    Nicht jedes Metall wird von einem Magneten angezogen.
    Lösung zeigen
    1. Nicht jedes Metall wird von einem Magneten angezogen.
    2. Angezogen werden Eisen, Stahl, Nickel und Kobalt.
    3. Also nur der Schlüsselring.
    Ergebnis:
    nur der Schlüsselring
  2. ●2
    Neben einem Magneten liegen eine Aluminiumdose, ein Eisennagel und ein Messingschlüssel. Welcher Gegenstand wird angezogen?
    NSeine Aluminiumdoseein Eisennagelein Messingschlüssel?
    Lösung zeigen
    1. Nicht jedes Metall wird von einem Magneten angezogen.
    2. Angezogen werden Eisen, Stahl, Nickel und Kobalt.
    3. Also nur der Eisennagel.
    Ergebnis:
    nur der Eisennagel
  3. ★3
    Ein Stabmagnet wird in zwei Stücke gebrochen. Was hast du danach?
    NS?
    Lösung zeigen
    1. Ein Magnet besteht innen aus vielen kleinen Elementarmagneten in einer Reihe.
    2. An jeder Bruchstelle liegen wieder ein Nordende und ein Südende frei.
    3. Also: zwei Magnete, jeder mit Nordpol und Südpol.
    Ergebnis:
    Zwei Magnete, jeder mit einem Nordpol und einem Südpol.

2Ich erkläre das Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule.

MerkenSpule

Eine stromdurchflossene Spule hat ein Magnetfeld wie ein Stabmagnet.

Mehr Windungen und mehr Strom bedeuten ein stärkeres Feld.

BeispielMagnetfeld einer Spule

In einer Spule mit 400 Windungen fließen 1 A. Innen misst man 1,2 mT. Wie stark ist das Magnetfeld bei 4 A? Berechne mit Einheit.
N = 400I = 4 AB = ?vorher: 1 A, 1,2 mT
Schritt für Schritt
  1. Das Feld wächst im gleichen Verhältnis wie die Stromstärke.
  2. 4 A : 1 A = 4
  3. B = 4 · 1,2 mT = 4,8 mT
  1. Das Feld wächst im gleichen Verhältnis wie die Stromstärke.
  2. 4 A : 1 A = 4
  3. B = 4 · 1,2 mT = 4,8 mT
Ergebnis:
4,8 mT

AchtungVerhältnis umgekehrt angesetzt

So nicht
N₁ = 1000, N₂ = 50, U₁ = 230 V: U₂ = 230 V · 1000 : 50
So richtig
U₂ = 230 V · 50 : 1000 = 11,5 V

Schätz zuerst: Muss das Ergebnis größer oder kleiner werden? Dann wähle die Richtung des Verhältnisses.

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Eine Spule mit 100 Windungen erzeugt bei 1 A innen 1,5 mT. Eine gleich lange Spule hat 300 Windungen, auch 1 A. Wie stark ist ihr Feld? Berechne mit Einheit.
    N = 300I = 1 AB = ?vorher: 100 Windungen, 1,5 mT
    So fängst du an:
    Das Feld wächst im gleichen Verhältnis wie die Windungszahl.
    Lösung zeigen
    1. Das Feld wächst im gleichen Verhältnis wie die Windungszahl.
    2. 300 : 100 = 3
    3. B = 3 · 1,5 mT = 4,5 mT
    Ergebnis:
    4,5 mT
  2. ●5
    In einer Spule mit 400 Windungen fließen 1 A. Innen misst man 1,5 mT. Wie stark ist das Magnetfeld bei 3 A? Berechne mit Einheit.
    N = 400I = 3 AB = ?vorher: 1 A, 1,5 mT
    Lösung zeigen
    1. Das Feld wächst im gleichen Verhältnis wie die Stromstärke.
    2. 3 A : 1 A = 3
    3. B = 3 · 1,5 mT = 4,5 mT
    Ergebnis:
    4,5 mT
  3. ★6
    Eine Spule mit 300 Windungen erzeugt bei 2 A innen 1,5 mT. Eine gleich lange Spule hat 600 Windungen und 6 A. Wie stark ist ihr Magnetfeld? Berechne mit Einheit.
    N = 600I = 6 AB = ?Vergleich: 300 Windungen, 2 A, 1,5 mT
    Lösung zeigen
    1. Das Feld wächst im gleichen Verhältnis wie die Windungszahl und wie die Stromstärke.
    2. Windungen: 600 : 300 = 2, Strom: 6 A : 2 A = 3
    3. B = 1,5 mT · 2 · 3 = 9 mT
    Ergebnis:
    9 mT

3Ich beschreibe, wann eine Spannung induziert wird.

MerkenInduktion

Eine Spannung wird nur induziert, wenn sich das Magnetfeld durch die Spule ÄNDERT.

Ein ruhender Magnet induziert nichts.

BeispielWann wird eine Spannung induziert?

Eine Spule wird über einen ruhenden Magneten geschoben. Die Spule hat 600 Windungen und ist an ein Messgerät angeschlossen. Zeigt es eine Spannung an? Begründe.
NSVU = ?N = 600
Schritt für Schritt
  1. Eine Spannung wird nur induziert, wenn sich das Magnetfeld in der Spule ändert.
  2. Hier ändert sich das Feld in der Spule, weil sich Magnet oder Spule bewegen.
  3. Also zeigt das Messgerät eine Spannung.
  1. Eine Spannung wird nur induziert, wenn sich das Magnetfeld in der Spule ändert.
  2. Hier ändert sich das Feld in der Spule, weil sich Magnet oder Spule bewegen.
  3. Also zeigt das Messgerät eine Spannung.
Ergebnis:
Ja, weil sich das Magnetfeld in der Spule ändert.

AchtungInduktion ohne Änderung des Feldes

So nicht
Magnet liegt ruhig in der Spule → Spannung
So richtig
Magnet ruht → Feld in der Spule gleich → keine Spannung; nur beim Bewegen

Frag nur eins: Ändert sich das Magnetfeld in der Spule gerade? Ohne Änderung keine Spannung.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Ein Magnet dreht sich vor einer Spule. Die Spule hat 600 Windungen und ist an ein Messgerät angeschlossen. Zeigt es eine Spannung an? Begründe.
    NSVU = ?N = 600
    So fängst du an:
    Eine Spannung wird nur induziert, wenn sich das Magnetfeld in der Spule ändert.
    Lösung zeigen
    1. Eine Spannung wird nur induziert, wenn sich das Magnetfeld in der Spule ändert.
    2. Hier ändert sich das Feld in der Spule, weil sich Magnet oder Spule bewegen.
    3. Also zeigt das Messgerät eine Spannung.
    Ergebnis:
    Ja, weil sich das Magnetfeld in der Spule ändert.
  2. ●8
    Ein Magnet liegt vor einer Spule, nichts bewegt sich. Die Spule hat 600 Windungen und ist an ein Messgerät angeschlossen. Zeigt es eine Spannung an? Begründe.
    NSVruhtU = ?N = 600
    Lösung zeigen
    1. Eine Spannung wird nur induziert, wenn sich das Magnetfeld in der Spule ändert.
    2. Hier bewegt sich nichts, das Feld in der Spule bleibt gleich.
    3. Also zeigt das Messgerät keine Spannung.
    Ergebnis:
    Nein, weil sich das Magnetfeld in der Spule nicht ändert.
  3. ★9
    Ein Magnet und eine Spule mit 600 Windungen sind fest auf einem Wagen befestigt und fahren gleich schnell. Zeigt ein Messgerät an der Spule eine Spannung? Begründe.
    NSVbeide gleich schnellU = ?N = 600
    Lösung zeigen
    1. Entscheidend ist, ob sich das Magnetfeld IN der Spule ändert.
    2. Magnet und Spule bleiben am selben Abstand, das Feld in der Spule bleibt gleich.
    3. Also wird keine Spannung induziert, auch wenn sich beide bewegen.
    Ergebnis:
    Nein, Magnet und Spule bewegen sich nicht gegeneinander.

4Ich erkläre den Aufbau eines Generators.

MerkenGenerator

Im Generator dreht sich eine Spule im Magnetfeld.

Bewegungsenergie wird zu elektrischer Energie – der Motor ist derselbe Aufbau rückwärts.

BeispielGenerator oder Elektromotor?

Ein Elektroroller fährt bergauf. Arbeitet die Maschine im Roller als Generator oder als Elektromotor? Begründe.
Roller??Wärme
Schritt für Schritt
  1. Frag, welche Energie hineingeht und welche herauskommt.
  2. Hinein geht elektrische Energie, heraus kommt Bewegung.
  3. Das ist ein Elektromotor.
  1. Frag, welche Energie hineingeht und welche herauskommt.
  2. Hinein geht elektrische Energie, heraus kommt Bewegung.
  3. Das ist ein Elektromotor.
Ergebnis:
als Elektromotor: aus elektrischer Energie wird Bewegung

AchtungGenerator und Motor verwechselt

So nicht
Fahrraddynamo: elektrische Energie → Bewegung
So richtig
Fahrraddynamo: Bewegungsenergie → elektrische Energie (Generator)

Frag, was hineingeht: Bewegung hinein heißt Generator, elektrische Energie hinein heißt Motor.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Ein Akkuschrauber dreht eine Schraube in ein Brett. Arbeitet die Maschine im Akkuschrauber als Generator oder als Elektromotor? Begründe.
    Akkuschrauber??Wärme
    So fängst du an:
    Frag, welche Energie hineingeht und welche herauskommt.
    Lösung zeigen
    1. Frag, welche Energie hineingeht und welche herauskommt.
    2. Hinein geht elektrische Energie, heraus kommt Bewegung.
    3. Das ist ein Elektromotor.
    Ergebnis:
    als Elektromotor: aus elektrischer Energie wird Bewegung
  2. ●11
    Eine Kurbeltaschenlampe wird mit der Hand gedreht und leuchtet. Arbeitet die Maschine in der Lampe als Generator oder als Elektromotor? Begründe.
    Lampe??Wärme
    Lösung zeigen
    1. Frag, welche Energie hineingeht und welche herauskommt.
    2. Hinein geht Bewegung, heraus kommt elektrische Energie.
    3. Das ist ein Generator.
    Ergebnis:
    als Generator: aus Bewegung wird elektrische Energie
  3. ★12
    Ein Pumpspeicherwerk pumpt mit Überschussstrom Wasser nach oben. Später fließt es hinunter und liefert Strom. Was macht die Maschine?
    Pumpe und Turbine??Wärme
    Lösung zeigen
    1. Beim Pumpen wird elektrische Energie zu Lageenergie des Wassers.
    2. Beim Ablassen wird Lageenergie wieder zu elektrischer Energie.
    3. Dieselbe Maschine ist erst Motor, dann Generator.
    Ergebnis:
    Beim Pumpen arbeitet sie als Elektromotor, beim Ablassen als Generator.

5Ich erkläre den Aufbau eines Elektromotors.

MerkenMotor

Im Motor wird ein stromdurchflossener Leiter im Magnetfeld abgelenkt.

Elektrische Energie wird zu Bewegung – der Generator ist derselbe Aufbau vorwärts.

BeispielEnergiebilanz eines Wandlers

Ein Fahrraddynamo nimmt 800 J Bewegungsenergie auf und gibt 600 J elektrische Energie ab. Wie viel Energie wird dabei zu Wärme? Berechne mit Einheit.
800 J600 JWärme: ?
Schritt für Schritt
  1. Energie geht nicht verloren: zugeführt = genutzt + Wärme.
  2. Wärme = zugeführte Energie − genutzte Energie
  3. 800 J − 600 J = 200 J
  1. Energie geht nicht verloren: zugeführt = genutzt + Wärme.
  2. Wärme = zugeführte Energie − genutzte Energie
  3. 800 J − 600 J = 200 J
Ergebnis:
200 J

AchtungEnergie wird erzeugt

So nicht
Generator: 500 J hinein, 600 J heraus
So richtig
500 J hinein = 400 J elektrisch + 100 J Wärme

Zeichne den Energiepfeil: Was herauskommt, muss vorher hineingegangen sein, ein Teil wird Wärme.

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Der Motor eines Akkuschraubers nimmt 400 J elektrische Energie auf und gibt 300 J Bewegungsenergie ab. Wie viel Energie wird dabei zu Wärme? Berechne mit Einheit.
    400 J300 JWärme: ?
    So fängst du an:
    Energie geht nicht verloren: zugeführt = genutzt + Wärme.
    Lösung zeigen
    1. Energie geht nicht verloren: zugeführt = genutzt + Wärme.
    2. Wärme = zugeführte Energie − genutzte Energie
    3. 400 J − 300 J = 100 J
    Ergebnis:
    100 J
  2. ●14
    Der Motor eines Akkuschraubers nimmt 1000 J elektrische Energie auf und gibt 600 J Bewegungsenergie ab. Wie viel Energie wird dabei zu Wärme? Berechne mit Einheit.
    1000 J600 JWärme: ?
    Lösung zeigen
    1. Energie geht nicht verloren: zugeführt = genutzt + Wärme.
    2. Wärme = zugeführte Energie − genutzte Energie
    3. 1000 J − 600 J = 400 J
    Ergebnis:
    400 J
  3. ★15
    Der Motor eines Akkuschraubers nimmt 400 W auf und gibt 360 W als Bewegungsenergie ab. Wie viel Wärme in kJ entsteht in 5 Minuten? Berechne mit Einheit.
    400 W360 WWärme: ?
    Lösung zeigen
    1. Verlustleistung = aufgenommene Leistung − abgegebene Leistung
    2. 400 W − 360 W = 40 W, 5 min = 300 s
    3. E = 40 W · 300 s = 12.000 J = 12 kJ
    Ergebnis:
    12 kJ

6Ich berechne Spannungen am Transformator.

MerkenTransformator

U₁ : U₂ = n₁ : n₂. Mehr Windungen bedeuten mehr Spannung – aber die Leistung wird dabei nicht größer.

BeispielTransformator: Spannung

Im Schulversuch hat ein Transformator 600 Windungen primär und 150 Windungen sekundär. Primär liegen 3 V Wechselspannung an. Welche Spannung liegt sekundär an? Berechne mit Einheit.
primärsekundärU₁ = 3 VN₁ = 600U₂ = ?N₂ = 150
Schritt für Schritt
  1. U₁ : U₂ = N₁ : N₂, also U₂ = U₁ · N₂ : N₁
  2. N₂ : N₁ = 150 : 600
  3. U₂ = 3 V · 150 : 600 = 0,75 V
  1. U₁ : U₂ = N₁ : N₂, also U₂ = U₁ · N₂ : N₁
  2. N₂ : N₁ = 150 : 600
  3. U₂ = 3 V · 150 : 600 = 0,75 V
Ergebnis:
0,75 V

AchtungGrößen verwechselt

So nicht
Masse = 50 N
So richtig
Masse m = 5 kg, Gewichtskraft F = 50 N

Schreib zuerst auf: gegeben und gesucht, jeweils mit Formelzeichen und Einheit.

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Ein Ladegerät enthält einen Transformator mit 4600 Windungen primär und 120 Windungen sekundär. Primär liegen 230 V an. Welche Spannung liegt sekundär an? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärU₁ = 230 VN₁ = 4600U₂ = ?N₂ = 120
    So fängst du an:
    U₁ : U₂ = N₁ : N₂, also U₂ = U₁ · N₂ : N₁
    Lösung zeigen
    1. U₁ : U₂ = N₁ : N₂, also U₂ = U₁ · N₂ : N₁
    2. N₂ : N₁ = 120 : 4600
    3. U₂ = 230 V · 120 : 4600 = 6 V
    Ergebnis:
    6 V
  2. ●17
    Ein Ladegerät enthält einen Transformator mit 1150 Windungen primär und 60 Windungen sekundär. Primär liegen 230 V an. Welche Spannung liegt sekundär an? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärU₁ = 230 VN₁ = 1150U₂ = ?N₂ = 60
    Lösung zeigen
    1. U₁ : U₂ = N₁ : N₂, also U₂ = U₁ · N₂ : N₁
    2. N₂ : N₁ = 60 : 1150
    3. U₂ = 230 V · 60 : 1150 = 12 V
    Ergebnis:
    12 V
  3. ★18
    Ein Transformator im Ortsnetz hat 5000 Windungen auf der Seite mit 20 kV und 100 Windungen auf der anderen. Wie viel Volt liefert er an die Häuser? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärU₁ = 20 kVN₁ = 5000U₂ = ?N₂ = 100
    Lösung zeigen
    1. U₂ = U₁ · N₂ : N₁, dabei U₁ zuerst in Volt
    2. 20 kV = 20.000 V
    3. U₂ = 20.000 V · 100 : 5000 = 400 V
    Ergebnis:
    400 V

7Ich erkläre, warum Strom mit Hochspannung transportiert wird.

MerkenHochspannung

Bei gleicher Leistung fließt bei hoher Spannung wenig Strom.

Weil die Verlustwärme mit I² wächst, spart Hochspannung Energie im Netz.

BeispielTransformator: Stromstärke

Ein idealer Transformator hat 400 Windungen primär und 1000 Windungen sekundär. Sekundär fließen 1 A. Wie groß ist die Stromstärke in der Primärspule? Berechne mit Einheit.
primärsekundärN₁ = 400I₁ = ?N₂ = 1000I₂ = 1 A
Schritt für Schritt
  1. Für Ströme gilt das umgekehrte Verhältnis: I₁ : I₂ = N₂ : N₁
  2. I₁ = I₂ · N₂ : N₁ = 1 A · 1000 : 400
  3. I₁ = 2,5 A
  1. Für Ströme gilt das umgekehrte Verhältnis: I₁ : I₂ = N₂ : N₁
  2. I₁ = I₂ · N₂ : N₁ = 1 A · 1000 : 400
  3. I₁ = 2,5 A
Ergebnis:
2,5 A

AchtungRest als Kommastelle geschrieben

So nicht
39 : 4 = 9 Rest 3 = 9,3
So richtig
39 : 4 = 9,75

Teile den Rest weiter. Schreib dafür eine 0 dazu.

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Ein idealer Transformator hat 1200 Windungen primär und 60 Windungen sekundär. Sekundär fließen 1 A. Wie groß ist die Stromstärke in der Primärspule? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärN₁ = 1200I₁ = ?N₂ = 60I₂ = 1 A
    So fängst du an:
    Für Ströme gilt das umgekehrte Verhältnis: I₁ : I₂ = N₂ : N₁
    Lösung zeigen
    1. Für Ströme gilt das umgekehrte Verhältnis: I₁ : I₂ = N₂ : N₁
    2. I₁ = I₂ · N₂ : N₁ = 1 A · 60 : 1200
    3. I₁ = 0,05 A
    Ergebnis:
    0,05 A
  2. ●20
    Ein idealer Transformator hat 400 Windungen primär und 2000 Windungen sekundär. Sekundär fließen 5 A. Wie groß ist die Stromstärke in der Primärspule? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärN₁ = 400I₁ = ?N₂ = 2000I₂ = 5 A
    Lösung zeigen
    1. Für Ströme gilt das umgekehrte Verhältnis: I₁ : I₂ = N₂ : N₁
    2. I₁ = I₂ · N₂ : N₁ = 5 A · 2000 : 400
    3. I₁ = 25 A
    Ergebnis:
    25 A
  3. ★21
    Ein Umspannwerk wandelt 10 kV in 110 kV um (ideal). Auf der 10-kV-Seite fließen 440 A. Wie groß ist die Stromstärke in der Hochspannungsleitung? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärU₁ = 10 kVI₁ = 440 AU₂ = 110 kVI₂ = ?
    Lösung zeigen
    1. Ideal bleibt die Leistung gleich: U₁ · I₁ = U₂ · I₂
    2. I₂ = I₁ · U₁ : U₂ = 440 A · 10 kV : 110 kV
    3. I₂ = 40 A
    Ergebnis:
    40 A

Vermischte Übungen

Alles durcheinander – wie in der Arbeit. Überleg bei jeder Aufgabe zuerst: Welches Ziel ist das?

Üben

  1. ●22
    Zwei Ringmagnete auf einem Holzstab werden so zusammengeschoben, dass sich ein Nordpol und ein Südpol gegenüberstehen. Was spürst du?
    SNSN?
    Lösung zeigen
    1. Schau, welche Pole sich gegenüberstehen.
    2. Nordpol und Südpol sind ungleichnamig.
    3. Ungleichnamige Pole ziehen sich an.
    Ergebnis:
    Sie ziehen sich an.
  2. ●23
    Das Bild zeigt die Feldlinien eines Stabmagneten. In welche Richtung verlaufen die Feldlinien außerhalb des Magneten?
    SNP
    Lösung zeigen
    1. Feldlinien geben die Richtung an, in die der Nordpol einer Kompassnadel zeigt.
    2. Der Nordpol der Nadel wird vom Südpol des Magneten angezogen.
    3. Außen laufen die Feldlinien deshalb vom Nordpol zum Südpol.
    Ergebnis:
    vom Nordpol zum Südpol
  3. ●24
    In einer Spule mit 100 Windungen fließen 0,5 A. Innen misst man 1,5 mT. Wie stark ist das Magnetfeld bei 1,5 A? Berechne mit Einheit.
    N = 100I = 1,5 AB = ?vorher: 0,5 A, 1,5 mT
    Lösung zeigen
    1. Das Feld wächst im gleichen Verhältnis wie die Stromstärke.
    2. 1,5 A : 0,5 A = 3
    3. B = 3 · 1,5 mT = 4,5 mT
    Ergebnis:
    4,5 mT
  4. ●25
    Der Elektromagnet einer Klingel hält nicht stark genug. Was macht ihn stärker?
    EisenkernN = 400Izu schwach – was hilft?
    Lösung zeigen
    1. Das Feld einer Spule kommt vom Strom in den Windungen.
    2. Mehr Windungen und mehr Strom machen das Feld stärker.
    3. Ein Eisenkern verstärkt es zusätzlich.
    Ergebnis:
    mehr Windungen oder mehr Strom in der Spule
  5. ●26
    Ein Magnet wird in eine Spule mit 400 Windungen geschoben. Das Messgerät zeigt höchstens 0,6 V. Wie viel zeigt es bei einem viermal so starken Magneten, sonst gleich? Berechne mit Einheit.
    NSVU = ?N = 400
    Lösung zeigen
    1. Die Spannung wächst im gleichen Verhältnis wie die Stärke des Magneten.
    2. viermal so stark heißt mal 4
    3. U = 4 · 0,6 V = 2,4 V
    Ergebnis:
    2,4 V
  6. ●27
    Ein Fahrraddynamo nimmt 400 J Bewegungsenergie auf und gibt 240 J elektrische Energie ab. Wie viel Energie wird dabei zu Wärme? Berechne mit Einheit.
    400 J240 JWärme: ?
    Lösung zeigen
    1. Energie geht nicht verloren: zugeführt = genutzt + Wärme.
    2. Wärme = zugeführte Energie − genutzte Energie
    3. 400 J − 240 J = 160 J
    Ergebnis:
    160 J

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

Feldlinien
Feldlinien laufen außerhalb des Magneten vom Nord- zum Südpol.
Spule
Eine stromdurchflossene Spule hat ein Magnetfeld wie ein Stabmagnet.
Induktion
Eine Spannung wird nur induziert, wenn sich das Magnetfeld durch die Spule ÄNDERT.
Generator
Im Generator dreht sich eine Spule im Magnetfeld.
Motor
Im Motor wird ein stromdurchflossener Leiter im Magnetfeld abgelenkt.
Transformator
U₁ : U₂ = n₁ : n₂. Mehr Windungen bedeuten mehr Spannung – aber die Leistung wird dabei nicht größer.
Hochspannung
Bei gleicher Leistung fließt bei hoher Spannung wenig Strom.

AchtungInduktion ohne Änderung erwartet

So nicht
Magnet liegt in der Spule → U = 2 V werden induziert
So richtig
Magnet liegt still → U = 0 V. Erst die Änderung induziert.

Ein ruhender Magnet in einer Spule induziert nichts. Erst die Änderung erzeugt Spannung.

AchtungWindungsverhältnis umgekehrt angesetzt

So nicht
n₁ = 1000, n₂ = 200, U₁ = 230 V → U₂ = 230 · 1000 : 200 = 1150 V
So richtig
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.

Kannst du das?

Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.

ÜbenSelbsttest

  1. Ich beschreibe Magnetfelder mit Feldlinien.

    28
    Neben einem Magneten liegen eine Büroklammer aus Stahl, ein Goldring und ein Messingschlüssel. Welcher Gegenstand wird angezogen?
    NSeine Büroklammer aus Stahlein Goldringein Messingschlüssel?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    nur die Büroklammer

  2. Ich erkläre das Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule.

    29
    Eine Spule mit 100 Windungen erzeugt bei 0,5 A innen 0,6 mT. Eine gleich lange Spule hat 400 Windungen, auch 0,5 A. Wie stark ist ihr Feld? Berechne mit Einheit.
    N = 400I = 0,5 AB = ?vorher: 100 Windungen, 0,6 mT
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    2,4 mT

  3. Ich beschreibe, wann eine Spannung induziert wird.

    30
    Ein Magnet dreht sich vor einer Spule. Die Spule hat 300 Windungen und ist an ein Messgerät angeschlossen. Zeigt es eine Spannung an? Begründe.
    NSVU = ?N = 300
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ja, weil sich das Magnetfeld in der Spule ändert.

  4. Ich erkläre den Aufbau eines Generators.

    31
    Ein Aufzug fährt nach oben. Arbeitet die Maschine am Aufzug als Generator oder als Elektromotor? Begründe.
    Aufzug??Wärme
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    als Elektromotor: aus elektrischer Energie wird Bewegung

  5. Ich erkläre den Aufbau eines Elektromotors.

    32
    Ein Elektromotor nimmt 500 J elektrische Energie auf und gibt 300 J Bewegungsenergie ab. Wie viel Energie wird dabei zu Wärme? Berechne mit Einheit.
    500 J300 JWärme: ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    200 J

  6. Ich berechne Spannungen am Transformator.

    33
    Im Schulversuch hat ein Transformator 600 Windungen primär und 300 Windungen sekundär. Primär liegen 2 V Wechselspannung an. Welche Spannung liegt sekundär an? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärU₁ = 2 VN₁ = 600U₂ = ?N₂ = 300
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    1 V

  7. Ich erkläre, warum Strom mit Hochspannung transportiert wird.

    34
    Ein idealer Transformator hat 400 Windungen primär und 40 Windungen sekundär. Sekundär fließen 3 A. Wie groß ist die Stromstärke in der Primärspule? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärN₁ = 400I₁ = ?N₂ = 40I₂ = 3 A
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,3 A

Bei „unsicher“ oder „noch nicht“: Lies den Abschnitt zum Ziel noch einmal und rechne seine drei Aufgaben.

Lösungen

  1. nur der Schlüsselring
  2. nur der Eisennagel
  3. Zwei Magnete, jeder mit einem Nordpol und einem Südpol.
  4. 4,5 mT
  5. 4,5 mT
  6. 9 mT
  7. Ja, weil sich das Magnetfeld in der Spule ändert.
  8. Nein, weil sich das Magnetfeld in der Spule nicht ändert.
  9. Nein, Magnet und Spule bewegen sich nicht gegeneinander.
  10. als Elektromotor: aus elektrischer Energie wird Bewegung
  11. als Generator: aus Bewegung wird elektrische Energie
  12. Beim Pumpen arbeitet sie als Elektromotor, beim Ablassen als Generator.
  13. 100 J
  14. 400 J
  15. 12 kJ
  16. 6 V
  17. 12 V
  18. 400 V
  19. 0,05 A
  20. 25 A
  21. 40 A
  22. Sie ziehen sich an.
  23. vom Nordpol zum Südpol
  24. 4,5 mT
  25. mehr Windungen oder mehr Strom in der Spule
  26. 2,4 V
  27. 160 J
  28. nur die Büroklammer
  29. 2,4 mT
  30. Ja, weil sich das Magnetfeld in der Spule ändert.
  31. als Elektromotor: aus elektrischer Energie wird Bewegung
  32. 200 J
  33. 1 V
  34. 0,3 A