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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

Zwei Magnete an Spielzeugwaggons werden so zusammengeschoben, dass sich ein Nordpol und ein Südpol gegenüberstehen. Was spürst du?
SNSN?
Schritt für Schritt
  1. Schau, welche Pole sich gegenüberstehen.
  2. Nordpol und Südpol sind ungleichnamig.
  3. Ungleichnamige Pole ziehen sich an.
  1. Schau, welche Pole sich gegenüberstehen.
  2. Nordpol und Südpol sind ungleichnamig.
  3. Ungleichnamige Pole ziehen sich an.
Ergebnis:
Sie ziehen sich an.

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
    Zwei Ringmagnete auf einem Holzstab werden so zusammengeschoben, dass sich ein Südpol und ein Südpol gegenüberstehen. Was spürst du?
    NSSN?
    So fängst du an:
    Schau, welche Pole sich gegenüberstehen.
    Lösung zeigen
    1. Schau, welche Pole sich gegenüberstehen.
    2. Südpol und Südpol sind gleichnamig.
    3. Gleichnamige Pole stoßen sich ab.
    Ergebnis:
    Sie stoßen sich ab.
  2. ●2
    Neben einem Magneten liegen ein Stück Aluminiumfolie, ein Eisennagel und eine Aluminiumdose. Welcher Gegenstand wird angezogen?
    NSein Stück Aluminiumfolieein Eisennageleine Aluminiumdose?
    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
    Auf dem Schulhof zeigt der Nordpol einer Kompassnadel nach Norden. Welcher magnetische Pol liegt also in der Nähe des geografischen Nordpols?
    geografischer Nordenmagnetischer Pol: ?N
    Lösung zeigen
    1. Die Kompassnadel ist ein kleiner Magnet.
    2. Ihr Nordpol wird angezogen, also von einem ungleichnamigen Pol.
    3. Im Norden liegt deshalb ein magnetischer Südpol.
    Ergebnis:
    Ein magnetischer Südpol.

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

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
    Eine Spule mit 100 Windungen erzeugt bei 2 A innen 0,5 mT. Eine gleich lange Spule hat 400 Windungen, auch 2 A. Wie stark ist ihr Feld? Berechne mit Einheit.
    N = 400I = 2 AB = ?vorher: 100 Windungen, 0,5 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. 400 : 100 = 4
    3. B = 4 · 0,5 mT = 2 mT
    Ergebnis:
    2 mT
  2. ●5
    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
  3. ★6
    Eine Spule mit 200 Windungen erzeugt bei 2 A innen 1,2 mT. Eine gleich lange Spule hat 400 Windungen und 4 A. Wie stark ist ihr Magnetfeld? Berechne mit Einheit.
    N = 400I = 4 AB = ?Vergleich: 200 Windungen, 2 A, 1,2 mT
    Lösung zeigen
    1. Das Feld wächst im gleichen Verhältnis wie die Windungszahl und wie die Stromstärke.
    2. Windungen: 400 : 200 = 2, Strom: 4 A : 2 A = 2
    3. B = 1,2 mT · 2 · 2 = 4,8 mT
    Ergebnis:
    4,8 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 1200 Windungen und ist an ein Messgerät angeschlossen. Zeigt es eine Spannung an? Begründe.
NSVU = ?N = 1200
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 schnell in eine Spule geschoben. Die Spule hat 300 Windungen und ist an ein Messgerät angeschlossen. Zeigt es eine Spannung an? Begründe.
    NSVU = ?N = 300
    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 Stabmagnet wird aus einer Spule herausgezogen. Die Spule hat 300 Windungen und ist an ein Messgerät angeschlossen. Zeigt es eine Spannung an? Begründe.
    NSVU = ?N = 300
    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.
  3. ★9
    Ein Magnet und eine Spule mit 1200 Windungen sind fest auf einem Wagen befestigt und fahren gleich schnell. Zeigt ein Messgerät an der Spule eine Spannung? Begründe.
    NSVbeide gleich schnellU = ?N = 1200
    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 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?

Eine Kurbeltaschenlampe wird mit der Hand gedreht und leuchtet. Arbeitet die Maschine in der Lampe als Generator oder als Elektromotor? Begründe.
Lampe??Wärme
Schritt für Schritt
  1. Frag, welche Energie hineingeht und welche herauskommt.
  2. Hinein geht Bewegung, heraus kommt elektrische Energie.
  3. Das ist ein Generator.
  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

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
    Ein Mixer rührt Teig. Arbeitet die Maschine im Mixer als Generator oder als Elektromotor? Begründe.
    Mixer??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
    Ein Ventilator am Schreibtisch dreht sich. Arbeitet die Maschine im Ventilator als Generator oder als Elektromotor? Begründe.
    Ventilator??Wärme
    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
  3. ★12
    Ein Hybridauto 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

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
Schritt für Schritt
  1. U₁ : U₂ = N₁ : N₂, also U₂ = U₁ · N₂ : N₁
  2. N₂ : N₁ = 50 : 1150
  3. U₂ = 230 V · 50 : 1150 = 10 V
  1. U₁ : U₂ = N₁ : N₂, also U₂ = U₁ · N₂ : N₁
  2. N₂ : N₁ = 50 : 1150
  3. U₂ = 230 V · 50 : 1150 = 10 V
Ergebnis:
10 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 300 Windungen primär und 150 Windungen sekundär. Primär liegen 6 V Wechselspannung an. Welche Spannung liegt sekundär an? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärU₁ = 6 VN₁ = 300U₂ = ?N₂ = 150
    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 = 150 : 300
    3. U₂ = 6 V · 150 : 300 = 3 V
    Ergebnis:
    3 V
  2. ●14
    Ein Ladegerät enthält einen Transformator mit 4600 Windungen primär und 240 Windungen sekundär. Primär liegen 230 V an. Welche Spannung liegt sekundär an? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärU₁ = 230 VN₁ = 4600U₂ = ?N₂ = 240
    Lösung zeigen
    1. U₁ : U₂ = N₁ : N₂, also U₂ = U₁ · N₂ : N₁
    2. N₂ : N₁ = 240 : 4600
    3. U₂ = 230 V · 240 : 4600 = 12 V
    Ergebnis:
    12 V
  3. ★15
    Ein Transformator im Ortsnetz hat 2500 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 = 2500U₂ = ?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 : 2500 = 800 V
    Ergebnis:
    800 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 100 Windungen primär und 20 Windungen sekundär. Sekundär fließen 3 A. Wie groß ist die Stromstärke in der Primärspule? Berechne mit Einheit.
primärsekundärN₁ = 100I₁ = ?N₂ = 20I₂ = 3 A
Schritt für Schritt
  1. Für Ströme gilt das umgekehrte Verhältnis: I₁ : I₂ = N₂ : N₁
  2. I₁ = I₂ · N₂ : N₁ = 3 A · 20 : 100
  3. I₁ = 0,6 A
  1. Für Ströme gilt das umgekehrte Verhältnis: I₁ : I₂ = N₂ : N₁
  2. I₁ = I₂ · N₂ : N₁ = 3 A · 20 : 100
  3. I₁ = 0,6 A
Ergebnis:
0,6 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 400 Windungen primär und 100 Windungen sekundär. Sekundär fließen 10 A. Wie groß ist die Stromstärke in der Primärspule? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärN₁ = 400I₁ = ?N₂ = 100I₂ = 10 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 = 10 A · 100 : 400
    3. I₁ = 2,5 A
    Ergebnis:
    2,5 A
  2. ●17
    Ein idealer Transformator hat 1200 Windungen primär und 40 Windungen sekundär. Sekundär fließen 3 A. Wie groß ist die Stromstärke in der Primärspule? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärN₁ = 1200I₁ = ?N₂ = 40I₂ = 3 A
    Lösung zeigen
    1. Für Ströme gilt das umgekehrte Verhältnis: I₁ : I₂ = N₂ : N₁
    2. I₁ = I₂ · N₂ : N₁ = 3 A · 40 : 1200
    3. I₁ = 0,1 A
    Ergebnis:
    0,1 A
  3. ★18
    Ein Umspannwerk wandelt 20 kV in 380 kV um (ideal). Auf der 20-kV-Seite fließen 760 A. Wie groß ist die Stromstärke in der Hochspannungsleitung? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärU₁ = 20 kVI₁ = 760 AU₂ = 380 kVI₂ = ?
    Lösung zeigen
    1. Ideal bleibt die Leistung gleich: U₁ · I₁ = U₂ · I₂
    2. I₂ = I₁ · U₁ : U₂ = 760 A · 20 kV : 380 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. ●19
    Zwei Stabmagnete werden so zusammengeschoben, dass sich ein Südpol und ein Nordpol gegenüberstehen. Was spürst du?
    NSNS?
    Lösung zeigen
    1. Schau, welche Pole sich gegenüberstehen.
    2. Südpol und Nordpol sind ungleichnamig.
    3. Ungleichnamige Pole ziehen sich an.
    Ergebnis:
    Sie ziehen sich an.
  2. ●20
    Das Bild zeigt die Feldlinien eines Magnetstabs aus der Sammlung. 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. ●21
    Eine Spule mit 300 Windungen erzeugt bei 1 A innen 0,5 mT. Eine gleich lange Spule hat 600 Windungen, auch 1 A. Wie stark ist ihr Feld? Berechne mit Einheit.
    N = 600I = 1 AB = ?vorher: 300 Windungen, 0,5 mT
    Lösung zeigen
    1. Das Feld wächst im gleichen Verhältnis wie die Windungszahl.
    2. 600 : 300 = 2
    3. B = 2 · 0,5 mT = 1 mT
    Ergebnis:
    1 mT
  4. ●22
    Rechts neben einer Spule mit 300 Windungen liegt ein Kompass. Jetzt fließt Strom durch die Spule. Wohin zeigt die Nadel?
    N = 300Strom anKompass daneben: ?
    Lösung zeigen
    1. Eine Spule ist nur dann ein Magnet, wenn Strom fließt.
    2. Hier fließt Strom: Die Spule hat einen Nordpol und einen Südpol.
    3. Die Nadel richtet sich nach dem Feld der Spule.
    Ergebnis:
    Sie dreht sich zur Spule, die Spule ist jetzt ein Magnet.
  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 500 Windungen geschoben. Das Messgerät zeigt höchstens 0,8 V. Wie viel zeigt es bei viermal so schneller Bewegung, sonst gleich? Berechne mit Einheit.
    NSVU = ?N = 500
    Lösung zeigen
    1. Die Spannung wächst im gleichen Verhältnis wie das Tempo der Bewegung.
    2. viermal so schnell heißt mal 4
    3. U = 4 · 0,8 V = 3,2 V
    Ergebnis:
    3,2 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 ein Eisennagel, ein Kupferdraht und ein Stück Aluminiumfolie. Welcher Gegenstand wird angezogen?
    NSein Eisennagelein Kupferdrahtein Stück Aluminiumfolie?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    nur der Eisennagel

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

    26
    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
    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 1200 Windungen und ist an ein Messgerät angeschlossen. Zeigt es eine Spannung an? Begründe.
    NSVruhtU = ?N = 1200
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Nein, weil sich das Magnetfeld in der Spule nicht ändert.

  4. Ich kann Generator und Elektromotor als Energiewandler unterscheiden.

    28
    Am Fahrradtrainer lädt jemand beim Treten ein Handy. Arbeitet die Maschine am Trainer als Generator oder als Elektromotor? Begründe.
    Trainer??Wärme
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    als Generator: aus Bewegung wird elektrische Energie

  5. Ich kann Spannungen und Windungszahlen am Transformator berechnen.

    29
    Ein Ladegerät enthält einen Transformator mit 1150 Windungen primär und 120 Windungen sekundär. Primär liegen 230 V an. Welche Spannung liegt sekundär an? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärU₁ = 230 VN₁ = 1150U₂ = ?N₂ = 120
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    24 V

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

    30
    Ein idealer Transformator hat 200 Windungen primär und 20 Windungen sekundär. Sekundär fließen 6 A. Wie groß ist die Stromstärke in der Primärspule? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärN₁ = 200I₁ = ?N₂ = 20I₂ = 6 A
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    0,6 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. Sie stoßen sich ab.
  2. nur der Eisennagel
  3. Ein magnetischer Südpol.
  4. 2 mT
  5. 2 mT
  6. 4,8 mT
  7. Ja, weil sich das Magnetfeld in der Spule ändert.
  8. Ja, weil sich das Magnetfeld in der Spule ändert.
  9. Nein, Magnet und Spule bewegen sich nicht gegeneinander.
  10. als Elektromotor: aus elektrischer Energie wird Bewegung
  11. als Elektromotor: aus elektrischer Energie wird Bewegung
  12. Der Motor arbeitet als Generator: Bewegungsenergie wird zu elektrischer Energie.
  13. 3 V
  14. 12 V
  15. 800 V
  16. 2,5 A
  17. 0,1 A
  18. 40 A
  19. Sie ziehen sich an.
  20. vom Nordpol zum Südpol
  21. 1 mT
  22. Sie dreht sich zur Spule, die Spule ist jetzt ein Magnet.
  23. Nein, weil sich das Magnetfeld in der Spule nicht ändert.
  24. 3,2 V
  25. nur der Eisennagel
  26. 4,5 mT
  27. Nein, weil sich das Magnetfeld in der Spule nicht ändert.
  28. als Generator: aus Bewegung wird elektrische Energie
  29. 24 V
  30. 0,6 A