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Physik · Klasse 12 · Kapitel

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Q1: Magnetfeld und Lorentzkraft

  • 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 kann Feldlinienbilder von Dauermagnet, geradem Leiter und Spule zeichnen und deuten.

MerkenMagnetische Feldlinien

Magnetische Feldlinien sind geschlossen: außen vom Nord- zum Südpol, innen zurück.

Um gerade Leiter laufen sie im Kreis, in langen Spulen parallel. Die Richtung gibt die rechte Hand.

BeispielMagnetische Feldlinienbilder

Wo beginnen und enden die magnetischen Feldlinien eines 20 cm langen Stabmagneten?
NSStabmagnetAnfang und Ende?
Schritt für Schritt
  1. Außen laufen die Linien vom Nord- zum Südpol.
  2. Innen laufen sie weiter vom Süd- zum Nordpol: Jede Linie ist geschlossen.
  3. Also: nirgends, sie laufen innen vom Süd- zum Nordpol weiter
  1. Außen laufen die Linien vom Nord- zum Südpol.
  2. Innen laufen sie weiter vom Süd- zum Nordpol: Jede Linie ist geschlossen.
  3. Also: nirgends, sie laufen innen vom Süd- zum Nordpol weiter
Ergebnis:
nirgends, sie laufen innen vom Süd- zum Nordpol weiter

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Wo beginnen und enden die magnetischen Feldlinien eines 16 cm langen Stabmagneten?
    NSStabmagnetAnfang und Ende?
    So fängst du an:
    Außen laufen die Linien vom Nord- zum Südpol.
    Lösung zeigen
    1. Außen laufen die Linien vom Nord- zum Südpol.
    2. Innen laufen sie weiter vom Süd- zum Nordpol: Jede Linie ist geschlossen.
    3. Also: nirgends, sie laufen innen vom Süd- zum Nordpol weiter
    Ergebnis:
    nirgends, sie laufen innen vom Süd- zum Nordpol weiter
  2. ●2
    Die Stromrichtung in einer Spule mit 200 Windungen wird umgekehrt. Was passiert mit ihrem Feldlinienbild?
    Strom umgekehrtFeld?
    Lösung zeigen
    1. Die Richtung des Felds folgt der Stromrichtung (rechte Hand).
    2. Andersherum fließender Strom dreht jede Feldlinie um: Die Pole tauschen.
    3. Also: Gleiches Bild, aber Nord- und Südpol tauschen.
    Ergebnis:
    Gleiches Bild, aber Nord- und Südpol tauschen.
  3. ★3
    Ein 16 cm langer Stabmagnet wird in der Mitte durchgesägt. Was hat man danach?
    NSMagnet geteiltErgebnis?
    Lösung zeigen
    1. Magnetische Feldlinien sind geschlossen, es gibt keine einzelnen Pole.
    2. An der Schnittstelle entstehen zwei neue Pole.
    3. Also: zwei kleinere Magnete, jeder mit Nord- und Südpol
    Ergebnis:
    zwei kleinere Magnete, jeder mit Nord- und Südpol

2Ich kann die magnetische Flussdichte aus der Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter bestimmen.

MerkenMagnetische Flussdichte

Ein Leiter quer zum Feld erfährt die Kraft F = I · l · B, wenn Strom fließt.

Die Flussdichte ist B = F : (I · l), in Tesla: 1 T = 1 N : (A · m).

BeispielFlussdichte aus der Kraft auf einen Leiter

Ein Leiterstück der Länge l = 20 cm steht senkrecht im Magnetfeld. Bei I = 5 A wirkt die Kraft F = 50 mN. Berechne B in mT.
Ill = 20 cmI = 5 AF = 50 mNB = ?
Schritt für Schritt
  1. B = F : (I · l)
  2. F = 50 · 10⁻³ N, l = 0,2 m
  3. B = 0,05 N : (5 A · 0,2 m) = 50 mT
  1. B = F : (I · l)
  2. F = 50 · 10⁻³ N, l = 0,2 m
  3. B = 0,05 N : (5 A · 0,2 m) = 50 mT
Ergebnis:
50 mT

AchtungEinheiten nicht angeglichen

So nicht
p = 200 N : 50 cm² = 4 Pa
So richtig
50 cm² = 0,005 m², p = 200 N : 0,005 m² = 40 000 Pa

Rechne zuerst alle Angaben in die Einheiten der Formel um.

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Ein Leiterstück der Länge l = 2 cm steht senkrecht im Magnetfeld. Bei I = 1 A wirkt die Kraft F = 1,6 mN. Berechne B in mT.
    Ill = 2 cmI = 1 AF = 1,6 mNB = ?
    So fängst du an:
    B = F : (I · l)
    Lösung zeigen
    1. B = F : (I · l)
    2. F = 1,6 · 10⁻³ N, l = 0,02 m
    3. B = 0,0016 N : (1 A · 0,02 m) = 80 mT
    Ergebnis:
    80 mT
  2. ●5
    Ein Leiterstück der Länge l = 2 cm steht senkrecht im Magnetfeld. Bei I = 4 A wirkt die Kraft F = 16 mN. Berechne B in mT.
    Ill = 2 cmI = 4 AF = 16 mNB = ?
    Lösung zeigen
    1. B = F : (I · l)
    2. F = 16 · 10⁻³ N, l = 0,02 m
    3. B = 0,016 N : (4 A · 0,02 m) = 200 mT
    Ergebnis:
    200 mT
  3. ★6
    Stromwaage mit l = 5 cm: bei I₁ = 2 A zeigt der Kraftmesser 12 mN, bei I₂ = 5 A 27 mN. Bestimme B aus der Steigung.
    Ill = 5 cmI₁ = 2 A: 12 mNI₂ = 5 A: 27 mNB = ?
    Lösung zeigen
    1. B = ΔF : (ΔI · l)
    2. ΔF = 15 mN, ΔI = 3 A, l = 0,05 m
    3. B = 15 · 10⁻³ N : (3 A · 0,05 m) = 100 mT
    Ergebnis:
    100 mT

3Ich kann die Flussdichte im Innern einer langen Spule berechnen und ihre Abhängigkeit von N, I und l begründen.

MerkenDie lange Spule

Im Innern einer langen Spule ist das Feld homogen.

Es gilt B = µ₀ · µr · N · I : l. Mehr Windungen, mehr Strom oder ein Eisenkern verstärken es, mehr Länge schwächt es.

BeispielFlussdichte in einer langen Spule

Eine lange Spule ohne Kern hat N = 1000 Windungen und die Länge l = 30 cm. Es fließt I = 1 A. Berechne die Flussdichte innen in mT.
lIN = 1000l = 30 cmI = 1 AB = ?
Schritt für Schritt
  1. B = µ₀ · N · I : l
  2. l = 0,3 m, µ₀ = 1,257 · 10⁻⁶ V·s/(A·m)
  3. B = 4,19 · 10⁻³ T = 4,19 mT
  1. B = µ₀ · N · I : l
  2. l = 0,3 m, µ₀ = 1,257 · 10⁻⁶ V·s/(A·m)
  3. B = 4,19 · 10⁻³ T = 4,19 mT
Ergebnis:
4,19 mT

AchtungLängere Spule für stärker gehalten

So nicht
Spule doppelt so lang, gleiche Windungen: B doppelt so groß
So richtig
B = µ₀ · N · I : l: doppelte Länge, halbe Flussdichte

Schreib B = µ₀ · N · I : l hin. Die Länge steht im Nenner.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Eine lange Spule ohne Kern hat N = 500 Windungen und die Länge l = 50 cm. Es fließt I = 2,5 A. Berechne die Flussdichte innen in mT.
    lIN = 500l = 50 cmI = 2,5 AB = ?
    So fängst du an:
    B = µ₀ · N · I : l
    Lösung zeigen
    1. B = µ₀ · N · I : l
    2. l = 0,5 m, µ₀ = 1,257 · 10⁻⁶ V·s/(A·m)
    3. B = 3,14 · 10⁻³ T = 3,14 mT
    Ergebnis:
    3,14 mT
  2. ●8
    Eine lange Spule ohne Kern hat N = 200 Windungen und die Länge l = 25 cm. Es fließt I = 2,5 A. Berechne die Flussdichte innen in mT.
    lIN = 200l = 25 cmI = 2,5 AB = ?
    Lösung zeigen
    1. B = µ₀ · N · I : l
    2. l = 0,25 m, µ₀ = 1,257 · 10⁻⁶ V·s/(A·m)
    3. B = 2,51 · 10⁻³ T = 2,51 mT
    Ergebnis:
    2,51 mT
  3. ★9
    Eine lange Spule mit N = 800 Windungen und l = 50 cm soll innen B = 10 mT erzeugen. Berechne die nötige Stromstärke.
    lIN = 800l = 50 cmB = 10 mTI = ?
    Lösung zeigen
    1. I = B · l : (µ₀ · N)
    2. B = 0,01 T, l = 0,5 m
    3. I = 0,01 T · 0,5 m : (1,257 · 10⁻⁶ V·s/(A·m) · 800) = 4,97 A
    Ergebnis:
    4,97 A

4Ich kann die Lorentzkraft auf bewegte Ladungen mit F = Q · v · B berechnen und ihre Richtung bestimmen.

MerkenLorentzkraft

Eine Ladung quer zum Feld erfährt F = Q · v · B senkrecht zu Bahn und Feld.

Die Richtung gibt die Drei-Finger-Regel der rechten Hand für Plus. Für Elektronen kehrt sie sich um.

BeispielLorentzkraft berechnen

Auf ein Proton, das senkrecht zum Feld B = 1 mT fliegt, wirkt die Lorentzkraft F = 1,28 · 10⁻¹⁵ N. Berechne seine Geschwindigkeit in km/s.
vein ProtonB = 1 mTF = 1,28 · 10⁻¹⁵ Nv = ?
Schritt für Schritt
  1. v = F : (e · B)
  2. B = 0,001 T, e = 1,602 · 10⁻¹⁹ C
  3. v = 7,99 · 10⁶ m/s = 7990 km/s
  1. v = F : (e · B)
  2. B = 0,001 T, e = 1,602 · 10⁻¹⁹ C
  3. v = 7,99 · 10⁶ m/s = 7990 km/s
Ergebnis:
7990 km/s

AchtungUmrechnungszahl falsch

So nicht
2,5 km = 250 m
So richtig
2,5 km = 2,5 · 1000 m = 2500 m

Schreib den Vorsatz als Zahl: k heißt 1000, m heißt ein Tausendstel.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Auf ein Elektron, das senkrecht zum Feld B = 2 mT fliegt, wirkt die Lorentzkraft F = 6,41 · 10⁻¹⁶ N. Berechne seine Geschwindigkeit in km/s.
    vein ElektronB = 2 mTF = 6,41 · 10⁻¹⁶ Nv = ?
    So fängst du an:
    v = F : (e · B)
    Lösung zeigen
    1. v = F : (e · B)
    2. B = 0,002 T, e = 1,602 · 10⁻¹⁹ C
    3. v = 2 · 10⁶ m/s = 2000 km/s
    Ergebnis:
    2000 km/s
  2. ●11
    Auf ein Proton, das senkrecht zum Feld B = 10 mT fliegt, wirkt die Lorentzkraft F = 8,01 · 10⁻¹⁵ N. Berechne seine Geschwindigkeit in km/s.
    vein ProtonB = 10 mTF = 8,01 · 10⁻¹⁵ Nv = ?
    Lösung zeigen
    1. v = F : (e · B)
    2. B = 0,01 T, e = 1,602 · 10⁻¹⁹ C
    3. v = 5 · 10⁶ m/s = 5000 km/s
    Ergebnis:
    5000 km/s
  3. ★12
    Auf einen Heliumkern mit der Ladung 2e, der senkrecht zum Feld B = 4 mT fliegt, wirkt die Lorentzkraft F = 2,56 · 10⁻¹⁵ N. Berechne seine Geschwindigkeit in km/s.
    vHeliumkernB = 4 mTF = 2,56 · 10⁻¹⁵ Nv = ?
    Lösung zeigen
    1. v = F : (2e · B)
    2. B = 0,004 T, e = 1,602 · 10⁻¹⁹ C
    3. v = 2 · 10⁶ m/s = 2000 km/s
    Ergebnis:
    2000 km/s

5Ich kann Gravitationsfeld, elektrisches und magnetisches Feld vergleichen.

MerkenDrei Felder im Vergleich

Gravitation wirkt auf Masse und zieht nur an.

Elektrische Felder wirken auf Ladung längs der Feldlinie. Magnetfelder wirken nur auf bewegte Ladung, quer zu ihren geschlossenen Linien.

BeispielDrei Felder im Vergleich

Mit Probekörpern von 15 kg, 15 nC und 15 A Strom: Wie ist die Stärke der drei Felder jeweils festgelegt?
GravitationelektrischmagnetischDefinition je Feld?
Schritt für Schritt
  1. Feldstärke ist Kraft je Eigenschaft des Probekörpers.
  2. Masse, Ladung oder Strom mal Länge stehen im Nenner.
  3. Also: g = F : m, E = F : Q, B = F : (I · l)
  1. Feldstärke ist Kraft je Eigenschaft des Probekörpers.
  2. Masse, Ladung oder Strom mal Länge stehen im Nenner.
  3. Also: g = F : m, E = F : Q, B = F : (I · l)
Ergebnis:
g = F : m, E = F : Q, B = F : (I · l)

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Auf welche Körper übt ein Magnetfeld von 200 mT eine Kraft aus?
    GravitationelektrischmagnetischProbekörper je Feld?
    So fängst du an:
    Vergleiche, was jedes Feld als Probekörper braucht.
    Lösung zeigen
    1. Vergleiche, was jedes Feld als Probekörper braucht.
    2. Das Magnetfeld braucht eine bewegte Ladung, einen Strom oder einen Magneten.
    3. Also: auf bewegte Ladungen und Ströme quer zum Feld, auf Magnete
    Ergebnis:
    auf bewegte Ladungen und Ströme quer zum Feld, auf Magnete
  2. ●14
    Mit Probekörpern von 20 kg, 20 nC und 20 A Strom: Wie ist die Stärke der drei Felder jeweils festgelegt?
    GravitationelektrischmagnetischDefinition je Feld?
    Lösung zeigen
    1. Feldstärke ist Kraft je Eigenschaft des Probekörpers.
    2. Masse, Ladung oder Strom mal Länge stehen im Nenner.
    3. Also: g = F : m, E = F : Q, B = F : (I · l)
    Ergebnis:
    g = F : m, E = F : Q, B = F : (I · l)
  3. ★15
    Ein Elektron fliegt genau parallel zu den Feldlinien eines homogenen Magnetfelds von 15 mT. Was passiert?
    Bv parallel zu BBahn?
    Lösung zeigen
    1. Die Lorentzkraft hängt vom Winkel zwischen v und B ab.
    2. Parallel ist der Winkel 0°, sin 0° = 0: keine Kraft.
    3. Also: Es fliegt ungestört geradeaus weiter.
    Ergebnis:
    Es fliegt ungestört geradeaus weiter.

6Ich kann Kräfte zwischen zwei stromdurchflossenen Leitern qualitativ begründen.

MerkenZwei Leiter

Jeder Strom liegt im Magnetfeld des anderen.

Gleichsinnige Ströme ziehen sich an, gegensinnige stoßen sich ab. Kraft und Gegenkraft sind gleich groß.

BeispielKräfte zwischen zwei Leitern

Zwei parallele Leiter im Abstand 2 cm führen gegensinnige Ströme von 2 A und 4 A. Was geschieht mit den Leitern?
I₁I₂I₁ = 2 A, I₂ = 4 AgegensinnigKraft?
Schritt für Schritt
  1. Leiter 1 erzeugt ein Magnetfeld am Ort von Leiter 2.
  2. Mit der Drei-Finger-Regel zeigt die Kraft auf Leiter 2 von Leiter 1 weg.
  3. Also: Die Leiter stoßen sich ab.
  1. Leiter 1 erzeugt ein Magnetfeld am Ort von Leiter 2.
  2. Mit der Drei-Finger-Regel zeigt die Kraft auf Leiter 2 von Leiter 1 weg.
  3. Also: Die Leiter stoßen sich ab.
Ergebnis:
Die Leiter stoßen sich ab.

AchtungFormel falsch umgestellt

So nicht
V = ρ · m
So richtig
ρ = m : V   | · V   | : ρ   →   V = m : ρ

Setz einfache Zahlen ein, zum Beispiel 6 = 12 : 2. Stell zuerst mit Zahlen um, dann mit Buchstaben.

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Zwei parallele Leiter im Abstand 10 cm führen gegensinnige Ströme von 5 A und 5 A. Was geschieht mit den Leitern?
    I₁I₂I₁ = 5 A, I₂ = 5 AgegensinnigKraft?
    So fängst du an:
    Leiter 1 erzeugt ein Magnetfeld am Ort von Leiter 2.
    Lösung zeigen
    1. Leiter 1 erzeugt ein Magnetfeld am Ort von Leiter 2.
    2. Mit der Drei-Finger-Regel zeigt die Kraft auf Leiter 2 von Leiter 1 weg.
    3. Also: Die Leiter stoßen sich ab.
    Ergebnis:
    Die Leiter stoßen sich ab.
  2. ●17
    Zwei parallele Leiter im Abstand 2 cm führen gleichsinnige Ströme von 4 A und 10 A. Was geschieht mit den Leitern?
    I₁I₂I₁ = 4 A, I₂ = 10 AgleichsinnigKraft?
    Lösung zeigen
    1. Leiter 1 erzeugt ein Magnetfeld am Ort von Leiter 2.
    2. Mit der Drei-Finger-Regel zeigt die Kraft auf Leiter 2 zu Leiter 1 hin.
    3. Also: Die Leiter ziehen sich an.
    Ergebnis:
    Die Leiter ziehen sich an.
  3. ★18
    Zwei parallele Leiter führen 20 A und 4 A. Der Strom in Leiter 1 wird verdoppelt. Wie ändern sich die Kräfte auf beide Leiter?
    I₁I₂I₁ = 20 A wird verdoppeltI₂ = 4 AKräfte?
    Lösung zeigen
    1. Die Kraft auf Leiter 2 hängt vom Feld des Stroms I₁ ab.
    2. Doppeltes I₁ heißt doppeltes Feld und doppelte Kraft. Die Gegenkraft ist gleich groß.
    3. Also: Beide verdoppeln sich und bleiben gleich groß.
    Ergebnis:
    Beide verdoppeln sich und bleiben gleich groß.

7Ich kann die Horizontalkomponente des Erdmagnetfelds aus der Überlagerung mit dem Feld einer Spule bestimmen.

MerkenErdmagnetfeld messen

Steht das Spulenfeld quer zum Erdfeld, zeigt die Kompassnadel in Richtung der Summe.

Aus dem Drehwinkel folgt tan α = B_Sp : B_E.

BeispielHorizontalkomponente des Erdmagnetfelds

Eine Kompassnadel zeigt nach Norden. Eine Spule erzeugt dort quer dazu B_Sp = 34,6 µT. Die Nadel dreht sich um α = 60°. Berechne die Horizontalkomponente des Erdfelds.
lIB_Sp = 34,6 µT querα = 60°B_E = ?
Schritt für Schritt
  1. tan α = B_Sp : B_E
  2. B_E = B_Sp : tan α = 34,6 µT : tan 60°
  3. B_E = 20 µT
  1. tan α = B_Sp : B_E
  2. B_E = B_Sp : tan α = 34,6 µT : tan 60°
  3. B_E = 20 µT
Ergebnis:
20 µT

AchtungWinkelfunktion falsch zugeordnet

So nicht
tan α = B_E : B_Sp, also B_E = B_Sp · tan α
So richtig
tan α = Gegenkathete : Ankathete = B_Sp : B_E

Zeichne das rechtwinklige Dreieck und beschrifte Gegenkathete, Ankathete und Hypotenuse am Winkel.

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Eine Kompassnadel zeigt nach Norden. Eine Spule erzeugt dort quer dazu B_Sp = 9,81 µT. Die Nadel dreht sich um α = 30°. Berechne die Horizontalkomponente des Erdfelds.
    lIB_Sp = 9,81 µT querα = 30°B_E = ?
    So fängst du an:
    tan α = B_Sp : B_E
    Lösung zeigen
    1. tan α = B_Sp : B_E
    2. B_E = B_Sp : tan α = 9,81 µT : tan 30°
    3. B_E = 17 µT
    Ergebnis:
    17 µT
  2. ●20
    Eine Kompassnadel zeigt nach Norden. Eine Spule erzeugt dort quer dazu B_Sp = 18 µT. Die Nadel dreht sich um α = 45°. Berechne die Horizontalkomponente des Erdfelds.
    lIB_Sp = 18 µT querα = 45°B_E = ?
    Lösung zeigen
    1. tan α = B_Sp : B_E
    2. B_E = B_Sp : tan α = 18 µT : tan 45°
    3. B_E = 18 µT
    Ergebnis:
    18 µT
  3. ★21
    Spule mit N = 25, l = 20 cm und I = 96,1 mA quer zum Erdfeld: Eine Kompassnadel dreht sich um α = 40°. Bestimme die Horizontalkomponente des Erdfelds.
    lIN = 25, l = 20 cmI = 96,1 mAα = 40°B_E = ?
    Lösung zeigen
    1. B_Sp = µ₀ · N · I : l, dann B_E = B_Sp : tan α
    2. B_Sp = 15,1 µT
    3. B_E = 15,1 µT : tan 40° = 18 µT
    Ergebnis:
    18 µT

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●22
    Wie verlaufen die magnetischen Feldlinien um einen langen, geraden Leiter, durch den 20 A fließen?
    Strom aus der Ebene herausForm der Linien?
    Lösung zeigen
    1. Ein Strom ist von einem Magnetfeld umgeben.
    2. Kompassnadeln um den Leiter stellen sich tangential: Die Linien sind Kreise.
    3. Also: als geschlossene Kreise um den Leiter
    Ergebnis:
    als geschlossene Kreise um den Leiter
  2. ●23
    Durch einen langen Leiter fließt Strom aus der Zeichenebene heraus. Punkt P liegt 1 cm rechts neben dem Leiter. Wohin zeigt dort das Magnetfeld?
    Strom herausP rechts neben dem LeiterB bei P?
    Lösung zeigen
    1. Rechte Hand: Daumen in Stromrichtung, die Finger zeigen den Umlaufsinn.
    2. Strom heraus: gegen den Uhrzeigersinn. Bei P zeigt der Kreis nach oben.
    3. Also: nach oben
    Ergebnis:
    nach oben
  3. ●24
    Ein Leiterstück der Länge l = 2 cm steht senkrecht im Magnetfeld. Bei I = 5 A wirkt die Kraft F = 15 mN. Berechne B in mT.
    Ill = 2 cmI = 5 AF = 15 mNB = ?
    Lösung zeigen
    1. B = F : (I · l)
    2. F = 15 · 10⁻³ N, l = 0,02 m
    3. B = 0,015 N : (5 A · 0,02 m) = 150 mT
    Ergebnis:
    150 mT
  4. ●25
    Ein Leiter der Länge l = 4 cm führt den Strom I = 2,5 A senkrecht zum Feld B = 40 mT. Berechne die Kraft auf den Leiter in mN.
    Ill = 4 cmI = 2,5 AB = 40 mTF = ?
    Lösung zeigen
    1. F = I · l · B
    2. l = 0,04 m, B = 0,04 T
    3. F = 2,5 A · 0,04 m · 0,04 T = 4 mN
    Ergebnis:
    4 mN
  5. ●26
    Eine lange Spule ohne Kern hat N = 200 Windungen und die Länge l = 40 cm. Es fließt I = 1 A. Berechne die Flussdichte innen in mT.
    lIN = 200l = 40 cmI = 1 AB = ?
    Lösung zeigen
    1. B = µ₀ · N · I : l
    2. l = 0,4 m, µ₀ = 1,257 · 10⁻⁶ V·s/(A·m)
    3. B = 6,28 · 10⁻⁴ T = 0,628 mT
    Ergebnis:
    0,628 mT
  6. ●27
    In einer langen Spule herrscht B = 10 mT. Die Windungszahl wird halbiert, die Länge verdreifacht, die Stromstärke bleibt. Berechne die neue Flussdichte.
    lIB = 10 mTN halbiertl verdreifachtB neu = ?
    Lösung zeigen
    1. B = µ₀ · N · I : l
    2. N: mal 0,5, l: geteilt durch 3
    3. B = 10 mT · 0,5 : 3 = 1,67 mT
    Ergebnis:
    1,67 mT

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

Magnetische Feldlinien
Magnetische Feldlinien sind geschlossen: außen vom Nord- zum Südpol, innen zurück.
Magnetische Flussdichte
Ein Leiter quer zum Feld erfährt die Kraft F = I · l · B, wenn Strom fließt.
Die lange Spule
Im Innern einer langen Spule ist das Feld homogen.
Lorentzkraft
Eine Ladung quer zum Feld erfährt F = Q · v · B senkrecht zu Bahn und Feld.
Drei Felder im Vergleich
Gravitation wirkt auf Masse und zieht nur an.
Zwei Leiter
Jeder Strom liegt im Magnetfeld des anderen.
Erdmagnetfeld messen
Steht das Spulenfeld quer zum Erdfeld, zeigt die Kompassnadel in Richtung der Summe.

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 kann Feldlinienbilder von Dauermagnet, geradem Leiter und Spule zeichnen und deuten.

    28
    Die Stromrichtung in einer Spule mit 800 Windungen wird umgekehrt. Was passiert mit ihrem Feldlinienbild?
    Strom umgekehrtFeld?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Gleiches Bild, aber Nord- und Südpol tauschen.

  2. Ich kann die magnetische Flussdichte aus der Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter bestimmen.

    29
    Ein Leiterstück der Länge l = 4 cm steht senkrecht im Magnetfeld. Bei I = 1 A wirkt die Kraft F = 4 mN. Berechne B in mT.
    Ill = 4 cmI = 1 AF = 4 mNB = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    100 mT

  3. Ich kann die Flussdichte im Innern einer langen Spule berechnen und ihre Abhängigkeit von N, I und l begründen.

    30
    Eine lange Spule ohne Kern hat N = 1000 Windungen und die Länge l = 20 cm. Es fließt I = 3 A. Berechne die Flussdichte innen in mT.
    lIN = 1000l = 20 cmI = 3 AB = ?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    18,9 mT

  4. Ich kann Gravitationsfeld, elektrisches und magnetisches Feld vergleichen.

    31
    Eine Ladung von 2 nC fliegt quer durch ein elektrisches und durch ein magnetisches Feld. Wie liegt die Kraft jeweils zur Feldlinie?
    GravitationelektrischmagnetischKraft zur Feldlinie?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    elektrisch längs der Feldlinie, magnetisch senkrecht dazu

  5. Ich kann Kräfte zwischen zwei stromdurchflossenen Leitern qualitativ begründen.

    32
    Zwei parallele Leiter im Abstand 2 cm führen gleichsinnige Ströme von 4 A und 2 A. Was geschieht mit den Leitern?
    I₁I₂I₁ = 4 A, I₂ = 2 AgleichsinnigKraft?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Die Leiter ziehen sich an.

  6. Ich bereite die Klausur vor.

    33
    Wie verlaufen die magnetischen Feldlinien um einen langen, geraden Leiter, durch den 6 A fließen?
    Strom aus der Ebene herausForm der Linien?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    als geschlossene Kreise um den Leiter

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

Wörter

Gleichung
zwei Rechnungen, die gleich viel wert sind
Summe
was herauskommt, wenn man zusammenzählt

Lösungen

  1. nirgends, sie laufen innen vom Süd- zum Nordpol weiter
  2. Gleiches Bild, aber Nord- und Südpol tauschen.
  3. zwei kleinere Magnete, jeder mit Nord- und Südpol
  4. 80 mT
  5. 200 mT
  6. 100 mT
  7. 3,14 mT
  8. 2,51 mT
  9. 4,97 A
  10. 2000 km/s
  11. 5000 km/s
  12. 2000 km/s
  13. auf bewegte Ladungen und Ströme quer zum Feld, auf Magnete
  14. g = F : m, E = F : Q, B = F : (I · l)
  15. Es fliegt ungestört geradeaus weiter.
  16. Die Leiter stoßen sich ab.
  17. Die Leiter ziehen sich an.
  18. Beide verdoppeln sich und bleiben gleich groß.
  19. 17 µT
  20. 18 µT
  21. 18 µT
  22. als geschlossene Kreise um den Leiter
  23. nach oben
  24. 150 mT
  25. 4 mN
  26. 0,628 mT
  27. 1,67 mT
  28. Gleiches Bild, aber Nord- und Südpol tauschen.
  29. 100 mT
  30. 18,9 mT
  31. elektrisch längs der Feldlinie, magnetisch senkrecht dazu
  32. Die Leiter ziehen sich an.
  33. als geschlossene Kreise um den Leiter