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Physik · Klasse 9 und 10 · Kapitel

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Physik 9/10: Magnetfelder, Induktion und Transformator

  • 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 Magnetfelder mit Polen und Feldlinien beschreiben.

MerkenPole und Feldlinien

Gleichnamige Pole stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an.

Feldlinien laufen außen vom Nordpol zum Südpol, dicht heißt starkes Feld. Sie sind ein Modell, keine Fäden.

BeispielMagnetpole und Kompass

Neben einem Magneten liegen eine Stahlschraube, ein Kupferdraht und ein Goldring. Welcher Gegenstand wird angezogen?
NSeine Stahlschraubeein Kupferdrahtein Goldring?
Schritt für Schritt
  1. Nicht jedes Metall wird von einem Magneten angezogen.
  2. Angezogen werden Eisen, Stahl, Nickel und Kobalt.
  3. Also nur die Stahlschraube.
  1. Nicht jedes Metall wird von einem Magneten angezogen.
  2. Angezogen werden Eisen, Stahl, Nickel und Kobalt.
  3. Also nur die Stahlschraube.
Ergebnis:
nur die Stahlschraube

AchtungPole verwechselt

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

Gleichnamige Pole stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an. Eisen wird von beiden Polen angezogen.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Neben einem Magneten liegen ein Goldring, ein Stück Aluminiumfolie und eine Büroklammer aus Stahl. Welcher Gegenstand wird angezogen?
    NSein Goldringein Stück Aluminiumfolieeine Büroklammer aus Stahl?
    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 die Büroklammer.
    Ergebnis:
    nur die Büroklammer
  2. ●2
    Neben einem Magneten liegen ein Kupferdraht, eine Aluminiumdose und ein Schlüsselring aus Stahl. Welcher Gegenstand wird angezogen?
    NSein Kupferdrahteine Aluminiumdoseein Schlüsselring aus Stahl?
    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
  3. ★3
    Ein Kompass liegt links neben dem Südpol eines Stabmagneten. Wohin zeigt der Nordpol der Kompassnadel? Begründe.
    SN?Kompass
    Lösung zeigen
    1. Die Kompassnadel ist selbst ein kleiner Magnet mit Nordpol und Südpol.
    2. Ihr Nordpol trifft auf den Südpol des Magneten: ungleichnamig.
    3. Zum Magneten hin, ungleichnamige Pole ziehen sich an.
    Ergebnis:
    Zum Magneten hin, ungleichnamige Pole ziehen sich an.

2Ich kann erklären, wovon das Magnetfeld einer Spule abhängt.

MerkenDas Magnetfeld einer Spule

Fließt Strom durch eine Spule, wird sie zum Magneten.

Mehr Windungen und mehr Strom machen das Feld stärker, ein Eisenkern sehr viel stärker. Ohne Strom kein Feld.

BeispielMagnetfeld einer Spule

In einer Spule mit 300 Windungen fließen 2 A. Innen misst man 0,6 mT. Wie stark ist das Magnetfeld bei 8 A? Berechne mit Einheit.
N = 300I = 8 AB = ?vorher: 2 A, 0,6 mT
Schritt für Schritt
  1. Das Feld wächst im gleichen Verhältnis wie die Stromstärke.
  2. 8 A : 2 A = 4
  3. B = 4 · 0,6 mT = 2,4 mT
  1. Das Feld wächst im gleichen Verhältnis wie die Stromstärke.
  2. 8 A : 2 A = 4
  3. B = 4 · 0,6 mT = 2,4 mT
Ergebnis:
2,4 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

Prüf die Richtung: Mehr Windungen heißt mehr Spannung, mehr Strom heißt mehr Feld. Schätz zuerst, ob das Ergebnis größer oder kleiner wird.

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    In einer Spule mit 300 Windungen fließen 2 A. Innen misst man 1,2 mT. Wie stark ist das Magnetfeld bei 8 A? Berechne mit Einheit.
    N = 300I = 8 AB = ?vorher: 2 A, 1,2 mT
    So fängst du an:
    Das Feld wächst im gleichen Verhältnis wie die Stromstärke.
    Lösung zeigen
    1. Das Feld wächst im gleichen Verhältnis wie die Stromstärke.
    2. 8 A : 2 A = 4
    3. B = 4 · 1,2 mT = 4,8 mT
    Ergebnis:
    4,8 mT
  2. ●5
    In einer Spule mit 200 Windungen fließen 0,5 A. Innen misst man 0,5 mT. Wie stark ist das Magnetfeld bei 1 A? Berechne mit Einheit.
    N = 200I = 1 AB = ?vorher: 0,5 A, 0,5 mT
    Lösung zeigen
    1. Das Feld wächst im gleichen Verhältnis wie die Stromstärke.
    2. 1 A : 0,5 A = 2
    3. B = 2 · 0,5 mT = 1 mT
    Ergebnis:
    1 mT
  3. ★6
    Eine Spule mit 100 Windungen erzeugt bei 2 A innen 1,5 mT. Eine gleich lange Spule hat 300 Windungen und 6 A. Wie stark ist ihr Magnetfeld? Berechne mit Einheit.
    N = 300I = 6 AB = ?Vergleich: 100 Windungen, 2 A, 1,5 mT
    Lösung zeigen
    1. Das Feld wächst im gleichen Verhältnis wie die Windungszahl und wie die Stromstärke.
    2. Windungen: 300 : 100 = 3, Strom: 6 A : 2 A = 3
    3. B = 1,5 mT · 3 · 3 = 13,5 mT
    Ergebnis:
    13,5 mT

3Ich kann entscheiden, wann eine Spannung induziert wird.

MerkenInduktion

Eine Spannung wird nur induziert, wenn sich das Magnetfeld in der Spule ändert.

Ein ruhender Magnet induziert nichts. Schneller, mehr Windungen und ein stärkerer Magnet ergeben mehr Spannung.

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

Eine Spannung entsteht nur, wenn sich das Magnetfeld in der Spule ändert. Ein ruhender Magnet induziert nichts.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Ein Stabmagnet wird aus einer Spule herausgezogen. Die Spule hat 1200 Windungen und ist an ein Messgerät angeschlossen. Zeigt es eine Spannung an? Begründe.
    NSVU = ?N = 1200
    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
    Zwei Spulen sitzen auf einem Eisenkern. Der Stromkreis der ersten mit einer 6-V-Batterie wird ausgeschaltet. Zeigt ein Messgerät an der zweiten Spule eine Spannung? Begründe.
    primärsekundärBatterie 6 Vwird ausgeschaltetU = ?
    Lösung zeigen
    1. Der Strom in der ersten Spule erzeugt ein Magnetfeld im Eisenkern.
    2. Beim Ausschalten bricht das Feld zusammen.
    3. Nur während sich das Feld ändert, wird eine Spannung induziert.
    Ergebnis:
    Ja, kurz beim Ausschalten, weil sich das Feld ändert.

4Ich kann Generator und Elektromotor als Energiewandler unterscheiden.

MerkenGenerator und Elektromotor

Ein Generator macht aus Bewegung elektrische Energie, ein Elektromotor umgekehrt.

Keiner erzeugt Energie: Was hineingeht, kommt als Nutzen und als Wärme heraus.

BeispielGenerator oder Elektromotor?

Ein Aufzug fährt nach oben. Arbeitet die Maschine am Aufzug als Generator oder als Elektromotor? Begründe.
Aufzug??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)

Ein Generator macht aus Bewegung elektrische Energie, ein Elektromotor aus elektrischer Energie Bewegung. Frag, was hineingeht.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    Am Fahrradtrainer lädt jemand beim Treten ein Handy. Arbeitet die Maschine am Trainer als Generator oder als Elektromotor? Begründe.
    Trainer??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 Bewegung, heraus kommt elektrische Energie.
    3. Das ist ein Generator.
    Ergebnis:
    als Generator: aus Bewegung wird elektrische Energie
  2. ●11
    Ein Notstromaggregat: Ein Dieselmotor dreht eine Maschine, die Strom liefert. Arbeitet die Maschine am Dieselmotor als Generator oder als Elektromotor? Begründe.
    Dieselmotor??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 Pedelec lädt beim Bremsen seinen Akku. Was geschieht dabei im Antrieb?
    Antrieb??Wärme
    Lösung zeigen
    1. Motor und Generator sind gleich gebaut: Spule und Magnet.
    2. Wird die Maschine von den Rädern gedreht, wird in ihr eine Spannung induziert.
    3. Sie macht aus Bewegungsenergie elektrische Energie für den Akku, das Fahrzeug bremst.
    Ergebnis:
    Der Motor arbeitet als Generator: Bewegungsenergie wird zu elektrischer Energie.

5Ich kann Spannungen und Windungszahlen am Transformator berechnen.

MerkenTransformator

Ein Transformator braucht Wechselspannung.

Es gilt U₁ : U₂ = N₁ : N₂. Die Seite mit mehr Windungen hat die höhere Spannung.

BeispielTransformator: Spannung

Im Schulversuch hat ein Transformator 300 Windungen primär und 150 Windungen sekundär. Primär liegen 4 V Wechselspannung an. Welche Spannung liegt sekundär an? Berechne mit Einheit.
primärsekundärU₁ = 4 VN₁ = 300U₂ = ?N₂ = 150
Schritt für Schritt
  1. U₁ : U₂ = N₁ : N₂, also U₂ = U₁ · N₂ : N₁
  2. N₂ : N₁ = 150 : 300
  3. U₂ = 4 V · 150 : 300 = 2 V
  1. U₁ : U₂ = N₁ : N₂, also U₂ = U₁ · N₂ : N₁
  2. N₂ : N₁ = 150 : 300
  3. U₂ = 4 V · 150 : 300 = 2 V
Ergebnis:
2 V

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

Die Angaben passen noch nicht zusammen. Rechne zuerst in die Einheiten der Formel um, dann setz ein.

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Im Schulversuch hat ein Transformator 1200 Windungen primär und 300 Windungen sekundär. Primär liegen 2 V Wechselspannung an. Welche Spannung liegt sekundär an? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärU₁ = 2 VN₁ = 1200U₂ = ?N₂ = 300
    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 = 300 : 1200
    3. U₂ = 2 V · 300 : 1200 = 0,5 V
    Ergebnis:
    0,5 V
  2. ●14
    Im Schulversuch hat ein Transformator 300 Windungen primär und 600 Windungen sekundär. Primär liegen 4 V Wechselspannung an. Welche Spannung liegt sekundär an? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärU₁ = 4 VN₁ = 300U₂ = ?N₂ = 600
    Lösung zeigen
    1. U₁ : U₂ = N₁ : N₂, also U₂ = U₁ · N₂ : N₁
    2. N₂ : N₁ = 600 : 300
    3. U₂ = 4 V · 600 : 300 = 8 V
    Ergebnis:
    8 V
  3. ★15
    Ein Transformator im Ortsnetz hat 2000 Windungen auf der Seite mit 10 kV und 200 Windungen auf der anderen. Wie viel Volt liefert er an die Häuser? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärU₁ = 10 kVN₁ = 2000U₂ = ?N₂ = 200
    Lösung zeigen
    1. U₂ = U₁ · N₂ : N₁, dabei U₁ zuerst in Volt
    2. 10 kV = 10.000 V
    3. U₂ = 10.000 V · 200 : 2000 = 1000 V
    Ergebnis:
    1000 V

6Ich kann begründen, warum Strom mit Hochspannung übertragen wird.

MerkenHochspannung

Beim idealen Transformator gilt I₁ : I₂ = N₂ : N₁: Höhere Spannung heißt kleinerer Strom.

Die Leitung verliert P_V = I² · R. Halber Strom heißt nur ein Viertel Verlust.

BeispielTransformator: Stromstärke

Ein idealer Transformator hat 600 Windungen primär und 100 Windungen sekundär. Sekundär fließen 6 A. Wie groß ist die Stromstärke in der Primärspule? Berechne mit Einheit.
primärsekundärN₁ = 600I₁ = ?N₂ = 100I₂ = 6 A
Schritt für Schritt
  1. Für Ströme gilt das umgekehrte Verhältnis: I₁ : I₂ = N₂ : N₁
  2. I₁ = I₂ · N₂ : N₁ = 6 A · 100 : 600
  3. I₁ = 1 A
  1. Für Ströme gilt das umgekehrte Verhältnis: I₁ : I₂ = N₂ : N₁
  2. I₁ = I₂ · N₂ : N₁ = 6 A · 100 : 600
  3. I₁ = 1 A
Ergebnis:
1 A

AchtungHochspannung transportiert mehr Strom

So nicht
10 kV → 110 kV: der Strom wird elfmal größer
So richtig
10 kV → 110 kV: die Leistung bleibt, der Strom wird elfmal kleiner

Höhere Spannung heißt bei gleicher Leistung kleinerer Strom. Genau das spart Verluste in der Leitung.

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Ein idealer Transformator hat 1200 Windungen primär und 60 Windungen sekundär. Sekundär fließen 4 A. Wie groß ist die Stromstärke in der Primärspule? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärN₁ = 1200I₁ = ?N₂ = 60I₂ = 4 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 = 4 A · 60 : 1200
    3. I₁ = 0,2 A
    Ergebnis:
    0,2 A
  2. ●17
    Ein idealer Transformator hat 100 Windungen primär und 20 Windungen sekundär. Sekundär fließen 1 A. Wie groß ist die Stromstärke in der Primärspule? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärN₁ = 100I₁ = ?N₂ = 20I₂ = 1 A
    Lösung zeigen
    1. Für Ströme gilt das umgekehrte Verhältnis: I₁ : I₂ = N₂ : N₁
    2. I₁ = I₂ · N₂ : N₁ = 1 A · 20 : 100
    3. I₁ = 0,2 A
    Ergebnis:
    0,2 A
  3. ★18
    Ein Umspannwerk wandelt 10 kV in 220 kV um (ideal). Auf der 10-kV-Seite fließen 660 A. Wie groß ist die Stromstärke in der Hochspannungsleitung? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärU₁ = 10 kVI₁ = 660 AU₂ = 220 kVI₂ = ?
    Lösung zeigen
    1. Ideal bleibt die Leistung gleich: U₁ · I₁ = U₂ · I₂
    2. I₂ = I₁ · U₁ : U₂ = 660 A · 10 kV : 220 kV
    3. I₂ = 30 A
    Ergebnis:
    30 A

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●19
    Zwei Magnete an Spielzeugwaggons 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. ●20
    Das Bild zeigt die Feldlinien eines Stabmagneten. Wo ist das Magnetfeld stärker: bei A oder bei B? Begründe.
    NSAB
    Lösung zeigen
    1. Die Dichte der Feldlinien zeigt die Stärke des Feldes.
    2. Bei A liegen die Linien dicht, bei B weit auseinander.
    3. Also ist das Feld bei A stärker.
    Ergebnis:
    bei A, dort liegen die Feldlinien dichter
  3. ●21
    Eine Spule mit 300 Windungen erzeugt bei 0,5 A innen 0,5 mT. Eine gleich lange Spule hat 1200 Windungen, auch 0,5 A. Wie stark ist ihr Feld? Berechne mit Einheit.
    N = 1200I = 0,5 AB = ?vorher: 300 Windungen, 0,5 mT
    Lösung zeigen
    1. Das Feld wächst im gleichen Verhältnis wie die Windungszahl.
    2. 1200 : 300 = 4
    3. B = 4 · 0,5 mT = 2 mT
    Ergebnis:
    2 mT
  4. ●22
    Ein selbst gewickelter Elektromagnet hält nicht stark genug. Was macht ihn stärker?
    EisenkernN = 300Izu 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. ●23
    Ein Magnet liegt vor einer Spule, nichts bewegt sich. Die Spule hat 1200 Windungen und ist an ein Messgerät angeschlossen. Zeigt es eine Spannung an? Begründe.
    NSVruhtU = ?N = 1200
    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.
  6. ●24
    Ein Magnet wird in eine Spule mit 200 Windungen geschoben. Das Messgerät zeigt höchstens 0,4 V. Wie viel zeigt es bei 800 Windungen, sonst gleich? Berechne mit Einheit.
    NSVU = ?N = 800
    Lösung zeigen
    1. Die Spannung wächst im gleichen Verhältnis wie die Windungszahl.
    2. 800 : 200 = 4
    3. U = 4 · 0,4 V = 1,6 V
    Ergebnis:
    1,6 V

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

Pole und Feldlinien
Gleichnamige Pole stoßen sich ab, ungleichnamige ziehen sich an.
Das Magnetfeld einer Spule
Fließt Strom durch eine Spule, wird sie zum Magneten.
Induktion
Eine Spannung wird nur induziert, wenn sich das Magnetfeld in der Spule ändert.
Generator und Elektromotor
Ein Generator macht aus Bewegung elektrische Energie, ein Elektromotor umgekehrt.
Transformator
Ein Transformator braucht Wechselspannung.
Hochspannung
Beim idealen Transformator gilt I₁ : I₂ = N₂ : N₁: Höhere Spannung heißt kleinerer Strom.

AchtungTransformator an Gleichspannung

So nicht
12 V Gleichspannung, 200 und 100 Windungen: U₂ = 6 V dauernd
So richtig
12 V Gleichspannung, 200 und 100 Windungen: Feld bleibt gleich → U₂ = 0 V

Ein gleichbleibender Strom erzeugt ein gleichbleibendes Feld. Ohne Änderung wird nichts induziert: Ein Transformator braucht Wechselspannung.

AchtungFeldlinien als echte Fäden

So nicht
Zwischen den Feldlinien ist kein Magnetfeld.
So richtig
zwischen zwei Linien → der Kompass zeigt trotzdem eine Richtung, das Feld ist überall

Feldlinien sind ein Modell. Das Feld gibt es überall, auch zwischen den Linien. Dichte Linien heißen starkes Feld.

AchtungAlle Metalle sind magnetisch

So nicht
Magnet zieht Aluminium, Kupfer und Eisen an.
So richtig
Eisen, Nickel, Stahl → angezogen; Aluminium, Kupfer → nicht angezogen

Nur Eisen, Nickel, Kobalt und Stahl werden von einem Magneten angezogen. Aluminium, Kupfer und Messing nicht.

AchtungElektromagnet ohne Strom magnetisch

So nicht
Strom aus: Der Elektromagnet hält weiter.
So richtig
Strom aus → kein Feld → die Last fällt ab

Ein Elektromagnet ist nur ein Magnet, solange Strom durch die Spule fließt. Ohne Strom ist das Feld weg.

AchtungEnergie wird erzeugt

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

Energie entsteht nicht und verschwindet nicht. Ein Wandler macht aus einer Energieart eine andere, ein Teil wird Wärme.

AchtungGrößen verwechselt

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

Hier sind zwei Größen vertauscht. Schreib zuerst auf: Gegeben ist …, gesucht ist … – mit Formelzeichen.

AchtungZwischenergebnis als Antwort

So nicht
Gesamtwiderstand gesucht, Antwort: I = 0,5 A
So richtig
erst I = 0,5 A, dann weiter bis zur gesuchten Größe

Das ist ein richtiger Zwischenschritt. Lies noch einmal, was gesucht ist, und rechne weiter.

AchtungEinheit vergessen

So nicht
ρ = 54 : 20 = 2,7
So richtig
ρ = 54 g : 20 cm³ = 2,7 g/cm³

Deine Zahl stimmt – aber eine Größe ist Zahl und Einheit. Schreib die Einheit dazu.

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 Magnetfelder mit Polen und Feldlinien beschreiben.

    25
    Neben einem Magneten liegen eine Büroklammer aus Stahl, ein Kupferdraht und eine Aluminiumdose. Welcher Gegenstand wird angezogen?
    NSeine Büroklammer aus Stahlein Kupferdrahteine Aluminiumdose?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    nur die Büroklammer

  2. Ich kann erklären, wovon das Magnetfeld einer Spule abhängt.

    26
    Eine Spule mit 300 Windungen erzeugt bei 2 A innen 1,5 mT. Eine gleich lange Spule hat 900 Windungen, auch 2 A. Wie stark ist ihr Feld? Berechne mit Einheit.
    N = 900I = 2 AB = ?vorher: 300 Windungen, 1,5 mT
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    4,5 mT

  3. Ich kann entscheiden, wann eine Spannung induziert wird.

    27
    Ein Stabmagnet liegt ruhig in einer Spule. Die Spule hat 600 Windungen und ist an ein Messgerät angeschlossen. Zeigt es eine Spannung an? Begründe.
    NSVruhtU = ?N = 600
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Nein, weil sich das Magnetfeld in der Spule nicht ändert.

  4. Ich kann Generator und Elektromotor als Energiewandler unterscheiden.

    28
    Eine elektrische Zahnbürste putzt die Zähne. Arbeitet die Maschine in der Zahnbürste als Generator oder als Elektromotor? Begründe.
    Zahnbürste??Wärme
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    als Elektromotor: aus elektrischer Energie wird Bewegung

  5. Ich kann Spannungen und Windungszahlen am Transformator berechnen.

    29
    Ein Ladegerät enthält einen Transformator mit 1150 Windungen primär und 50 Windungen sekundär. Primär liegen 230 V an. Welche Spannung liegt sekundär an? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärU₁ = 230 VN₁ = 1150U₂ = ?N₂ = 50
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    10 V

  6. Ich kann begründen, warum Strom mit Hochspannung übertragen wird.

    30
    Ein idealer Transformator hat 200 Windungen primär und 40 Windungen sekundär. Sekundär fließen 1 A. Wie groß ist die Stromstärke in der Primärspule? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärN₁ = 200I₁ = ?N₂ = 40I₂ = 1 A
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,2 A

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

Wörter

Gleichnamig
gleicher Nenner – gleich große Teile

Wie es zusammenhängt

Das brauchst du vorher: Anteile und Verhältnisse

Lösungen

  1. nur die Büroklammer
  2. nur der Schlüsselring
  3. Zum Magneten hin, ungleichnamige Pole ziehen sich an.
  4. 4,8 mT
  5. 1 mT
  6. 13,5 mT
  7. Ja, weil sich das Magnetfeld in der Spule ändert.
  8. Nein, weil sich das Magnetfeld in der Spule nicht ändert.
  9. Ja, kurz beim Ausschalten, weil sich das Feld ändert.
  10. als Generator: aus Bewegung wird elektrische Energie
  11. als Generator: aus Bewegung wird elektrische Energie
  12. Der Motor arbeitet als Generator: Bewegungsenergie wird zu elektrischer Energie.
  13. 0,5 V
  14. 8 V
  15. 1000 V
  16. 0,2 A
  17. 0,2 A
  18. 30 A
  19. Sie ziehen sich an.
  20. bei A, dort liegen die Feldlinien dichter
  21. 2 mT
  22. mehr Windungen oder mehr Strom in der Spule
  23. Nein, weil sich das Magnetfeld in der Spule nicht ändert.
  24. 1,6 V
  25. nur die Büroklammer
  26. 4,5 mT
  27. Nein, weil sich das Magnetfeld in der Spule nicht ändert.
  28. als Elektromotor: aus elektrischer Energie wird Bewegung
  29. 10 V
  30. 0,2 A