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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 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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Zwei Würfelmagnete werden so zusammengeschoben, dass sich ein Nordpol und ein Nordpol gegenüberstehen. Was spürst du?
    SNNS?
    So fängst du an:
    Schau, welche Pole sich gegenüberstehen.
    Lösung zeigen
    1. Schau, welche Pole sich gegenüberstehen.
    2. Nordpol und Nordpol sind gleichnamig.
    3. Gleichnamige Pole stoßen sich ab.
    Ergebnis:
    Sie stoßen sich ab.
  2. ●2
    Neben einem Magneten liegen eine Büroklammer aus Stahl, ein Messingschlüssel und eine Aluminiumdose. Welcher Gegenstand wird angezogen?
    NSeine Büroklammer aus Stahlein Messingschlüsseleine Aluminiumdose?
    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
  3. ★3
    Ein Kompass liegt rechts neben dem Nordpol eines Hufeisenmagneten. 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 Nordpol des Magneten: gleichnamig.
    3. Vom Magneten weg, gleichnamige Pole stoßen sich ab.
    Ergebnis:
    Vom Magneten weg, gleichnamige Pole stoßen sich ab.

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 400 Windungen fließen 0,5 A. Innen misst man 0,6 mT. Wie stark ist das Magnetfeld bei 2 A? Berechne mit Einheit.
N = 400I = 2 AB = ?vorher: 0,5 A, 0,6 mT
Schritt für Schritt
  1. Das Feld wächst im gleichen Verhältnis wie die Stromstärke.
  2. 2 A : 0,5 A = 4
  3. B = 4 · 0,6 mT = 2,4 mT
  1. Das Feld wächst im gleichen Verhältnis wie die Stromstärke.
  2. 2 A : 0,5 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
    Eine Spule mit 400 Windungen erzeugt bei 1 A innen 1,5 mT. Eine gleich lange Spule hat 1600 Windungen, auch 1 A. Wie stark ist ihr Feld? Berechne mit Einheit.
    N = 1600I = 1 AB = ?vorher: 400 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. 1600 : 400 = 4
    3. B = 4 · 1,5 mT = 6 mT
    Ergebnis:
    6 mT
  2. ●5
    In einer Spule mit 300 Windungen fließen 0,5 A. Innen misst man 1,2 mT. Wie stark ist das Magnetfeld bei 1,5 A? Berechne mit Einheit.
    N = 300I = 1,5 AB = ?vorher: 0,5 A, 1,2 mT
    Lösung zeigen
    1. Das Feld wächst im gleichen Verhältnis wie die Stromstärke.
    2. 1,5 A : 0,5 A = 3
    3. B = 3 · 1,2 mT = 3,6 mT
    Ergebnis:
    3,6 mT
  3. ★6
    Eine Spule mit 400 Windungen erzeugt bei 1 A innen 0,6 mT. Eine gleich lange Spule hat 1200 Windungen und 2 A. Wie stark ist ihr Magnetfeld? Berechne mit Einheit.
    N = 1200I = 2 AB = ?Vergleich: 400 Windungen, 1 A, 0,6 mT
    Lösung zeigen
    1. Das Feld wächst im gleichen Verhältnis wie die Windungszahl und wie die Stromstärke.
    2. Windungen: 1200 : 400 = 3, Strom: 2 A : 1 A = 2
    3. B = 0,6 mT · 3 · 2 = 3,6 mT
    Ergebnis:
    3,6 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 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
    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 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.
  2. ●8
    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
    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
    Zwei Spulen sitzen auf einem Eisenkern. Der Stromkreis der ersten mit einer 12-V-Batterie wird ausgeschaltet. Zeigt ein Messgerät an der zweiten Spule eine Spannung? Begründe.
    primärsekundärBatterie 12 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?

Eine Waschmaschine schleudert die Wäsche. Arbeitet die Maschine in der Waschmaschine als Generator oder als Elektromotor? Begründe.
Waschmaschine??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
    Eine Kurbeltaschenlampe wird mit der Hand gedreht und leuchtet. Arbeitet die Maschine in der Lampe als Generator oder als Elektromotor? Begründe.
    Lampe??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 Akkuschrauber dreht eine Schraube in ein Brett. Arbeitet die Maschine im Akkuschrauber als Generator oder als Elektromotor? Begründe.
    Akkuschrauber??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
    Eine Straßenbahn 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 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
Schritt für Schritt
  1. U₁ : U₂ = N₁ : N₂, also U₂ = U₁ · N₂ : N₁
  2. N₂ : N₁ = 120 : 4600
  3. U₂ = 230 V · 120 : 4600 = 6 V
  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

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 600 Windungen primär und 300 Windungen sekundär. Primär liegen 3 V Wechselspannung an. Welche Spannung liegt sekundär an? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärU₁ = 3 VN₁ = 600U₂ = ?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 : 600
    3. U₂ = 3 V · 300 : 600 = 1,5 V
    Ergebnis:
    1,5 V
  2. ●14
    Ein Ladegerät enthält einen Transformator mit 2300 Windungen primär und 60 Windungen sekundär. Primär liegen 230 V an. Welche Spannung liegt sekundär an? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärU₁ = 230 VN₁ = 2300U₂ = ?N₂ = 60
    Lösung zeigen
    1. U₁ : U₂ = N₁ : N₂, also U₂ = U₁ · N₂ : N₁
    2. N₂ : N₁ = 60 : 2300
    3. U₂ = 230 V · 60 : 2300 = 6 V
    Ergebnis:
    6 V
  3. ★15
    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

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 200 Windungen primär und 40 Windungen sekundär. Sekundär fließen 2 A. Wie groß ist die Stromstärke in der Primärspule? Berechne mit Einheit.
primärsekundärN₁ = 200I₁ = ?N₂ = 40I₂ = 2 A
Schritt für Schritt
  1. Für Ströme gilt das umgekehrte Verhältnis: I₁ : I₂ = N₂ : N₁
  2. I₁ = I₂ · N₂ : N₁ = 2 A · 40 : 200
  3. I₁ = 0,4 A
  1. Für Ströme gilt das umgekehrte Verhältnis: I₁ : I₂ = N₂ : N₁
  2. I₁ = I₂ · N₂ : N₁ = 2 A · 40 : 200
  3. I₁ = 0,4 A
Ergebnis:
0,4 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 40 Windungen sekundär. Sekundär fließen 3 A. Wie groß ist die Stromstärke in der Primärspule? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärN₁ = 1200I₁ = ?N₂ = 40I₂ = 3 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 = 3 A · 40 : 1200
    3. I₁ = 0,1 A
    Ergebnis:
    0,1 A
  2. ●17
    Ein idealer Transformator hat 200 Windungen primär und 1000 Windungen sekundär. Sekundär fließen 0,5 A. Wie groß ist die Stromstärke in der Primärspule? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärN₁ = 200I₁ = ?N₂ = 1000I₂ = 0,5 A
    Lösung zeigen
    1. Für Ströme gilt das umgekehrte Verhältnis: I₁ : I₂ = N₂ : N₁
    2. I₁ = I₂ · N₂ : N₁ = 0,5 A · 1000 : 200
    3. I₁ = 2,5 A
    Ergebnis:
    2,5 A
  3. ★18
    Ein Umspannwerk wandelt 20 kV in 110 kV um (ideal). Auf der 20-kV-Seite fließen 110 A. Wie groß ist die Stromstärke in der Hochspannungsleitung? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärU₁ = 20 kVI₁ = 110 AU₂ = 110 kVI₂ = ?
    Lösung zeigen
    1. Ideal bleibt die Leistung gleich: U₁ · I₁ = U₂ · I₂
    2. I₂ = I₁ · U₁ : U₂ = 110 A · 20 kV : 110 kV
    3. I₂ = 20 A
    Ergebnis:
    20 A

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●19
    Neben einem Magneten liegen eine Aluminiumdose, ein Messingschlüssel und eine Büroklammer aus Stahl. Welcher Gegenstand wird angezogen?
    NSeine Aluminiumdoseein Messingschlüsseleine Büroklammer aus Stahl?
    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. ●20
    Das Bild zeigt die Feldlinien eines Magnetstabs aus der Sammlung. Wo ist das Magnetfeld schwächer: bei A oder bei B? Begründe.
    SNAB
    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 B schwächer.
    Ergebnis:
    bei B, dort liegen die Feldlinien weiter auseinander
  3. ●21
    In einer Spule mit 300 Windungen fließen 2 A. Innen misst man 0,6 mT. Wie stark ist das Magnetfeld bei 4 A? Berechne mit Einheit.
    N = 300I = 4 AB = ?vorher: 2 A, 0,6 mT
    Lösung zeigen
    1. Das Feld wächst im gleichen Verhältnis wie die Stromstärke.
    2. 4 A : 2 A = 2
    3. B = 2 · 0,6 mT = 1,2 mT
    Ergebnis:
    1,2 mT
  4. ●22
    Links neben einer Spule mit 600 Windungen liegt ein Kompass. Durch die Spule fließt kein Strom. Wohin zeigt die Nadel?
    N = 600I = 0 AKompass daneben: ?
    Lösung zeigen
    1. Eine Spule ist nur dann ein Magnet, wenn Strom fließt.
    2. Hier fließt kein Strom: Die Spule hat kein Feld.
    3. Die Nadel richtet sich nach dem Feld der Erde.
    Ergebnis:
    Nach Norden, ohne Strom hat die Spule kein Magnetfeld.
  5. ●23
    Ein Magnet wird in eine Spule mit 400 Windungen geschoben. Das Messgerät zeigt höchstens 0,3 V. Wie viel zeigt es bei einem dreimal 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. dreimal so stark heißt mal 3
    3. U = 3 · 0,3 V = 0,9 V
    Ergebnis:
    0,9 V
  6. ●24
    Ein Aufzug fährt nach oben. Arbeitet die Maschine am Aufzug als Generator oder als Elektromotor? Begründe.
    Aufzug??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

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 Aluminiumdose, ein Schlüsselring aus Stahl und ein Messingschlüssel. Welcher Gegenstand wird angezogen?
    NSeine Aluminiumdoseein Schlüsselring aus Stahlein Messingschlüssel?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    nur der Schlüsselring

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

    26
    Eine Spule mit 300 Windungen erzeugt bei 2 A innen 0,6 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, 0,6 mT
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    1,8 mT

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

    27
    Eine Spule wird über einen ruhenden Magneten geschoben. 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 kann Generator und Elektromotor als Energiewandler unterscheiden.

    28
    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
    Ergebnis:
    als Generator: aus Bewegung wird elektrische Energie

  5. Ich kann Spannungen und Windungszahlen am Transformator berechnen.

    29
    Ein Ladegerät enthält einen Transformator mit 2300 Windungen primär und 50 Windungen sekundär. Primär liegen 230 V an. Welche Spannung liegt sekundär an? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärU₁ = 230 VN₁ = 2300U₂ = ?N₂ = 50
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    5 V

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

    30
    Ein idealer Transformator hat 200 Windungen primär und 100 Windungen sekundär. Sekundär fließen 2 A. Wie groß ist die Stromstärke in der Primärspule? Berechne mit Einheit.
    primärsekundärN₁ = 200I₁ = ?N₂ = 100I₂ = 2 A
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    1 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 die Büroklammer
  3. Vom Magneten weg, gleichnamige Pole stoßen sich ab.
  4. 6 mT
  5. 3,6 mT
  6. 3,6 mT
  7. Nein, weil sich das Magnetfeld in der Spule nicht ändert.
  8. Ja, weil sich das Magnetfeld in der Spule ändert.
  9. Ja, kurz beim Ausschalten, weil sich das Feld ändert.
  10. als Generator: aus Bewegung wird elektrische Energie
  11. als Elektromotor: aus elektrischer Energie wird Bewegung
  12. Der Motor arbeitet als Generator: Bewegungsenergie wird zu elektrischer Energie.
  13. 1,5 V
  14. 6 V
  15. 400 V
  16. 0,1 A
  17. 2,5 A
  18. 20 A
  19. nur die Büroklammer
  20. bei B, dort liegen die Feldlinien weiter auseinander
  21. 1,2 mT
  22. Nach Norden, ohne Strom hat die Spule kein Magnetfeld.
  23. 0,9 V
  24. als Elektromotor: aus elektrischer Energie wird Bewegung
  25. nur der Schlüsselring
  26. 1,8 mT
  27. Ja, weil sich das Magnetfeld in der Spule ändert.
  28. als Generator: aus Bewegung wird elektrische Energie
  29. 5 V
  30. 1 A