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Speerspitze
Gast
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 Speerspitze Verfasst am: 13. Jan 2017 23:06 Titel: Feder im Magnetfeld und Spule mit Gleichstromwiderstand |
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Meine Frage:
Hallo,
ich schreibe nächste Woche meine Abi-Arbeit in Physik und bräuchte unbedingt noch Hilfe beim Lösen von zwei Aufgabe. Am besten wäre es mit nachvollziehbarem Rechenweg!
Nummer 1:
Eine flache, rechteckige Spule mit n=100 Windungen hat die Masse m=100g. Sie hängt an einer Feder mit der Federkonstanten D=10 N/m. Die Spule befindet sich teilweise in einem homogenen Magnetfeld der magnetischen Flussdichte B=0,80T, das orthogonal zur Spulenfläche in die Zeichenebene hinein gerichtet ist.
Die Spulenenden P und Q sind an ein hochohmiges Voltmeter angeschlossen. Die Spule wird um s=1,5 cm aus der Gleichgewichtslage angehoben und zur Zeit t=os losgelassen.
- Geben sie einen Funktionsterm U(t) für den zeitlichen Verlauf dieser Spannung an.
- Berechnen sie die Spannung (Ut1) für t1= 0,50s
- Geben sie für das Zeitintervall 0s< t < 1,0s die Polung von P bezüglich Q an.
Nummer 2:
Eine Spule(Eigeninduktivität L=35mH, Gleichstromwiderstand R0=12 Ohm) und ein ohmscher Widerstand R1=30 Ohm sind in Reihe geschaltet. An die Anordnung wird eine sinusförmige Wechselspannung mit dem Effektivwert Ueff= 12V und variabler Frequenz angelegt.
- Berechnen Sie die effektive Stromstärke Ieff und die Effektivwerte der beiden Teilspannungen Usp an der Spule sowie UR1 am Widerstand R1, wenn die Frequenz der Wechselspannung f=200Hz beträgt.
- Für welche Frequenzen ist Teilspannung Usp an der Spule größer als die am ohmschen Widerstand R1?
- Gegen welche Werte streben die Teilspannungen Usp und UR1 für sehr kleine und sehr große Frequenzen? Begründe!
Meine Ideen:
Bei Nummer 1 habe ich keine richtige Idee, wie ich die Formel für die Spannung aufstellen soll und mein Problem bei Nummer 2 ist eigentlich hauptsächlich der zusätzliche Gleichstromwiderstand der Spule.
Wäre echt wichtig, wenn mir da jemand helfen könnte! |
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isi1
Anmeldungsdatum: 03.09.2006
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Wohnort: München
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| isi1 Verfasst am: 14. Jan 2017 11:02 Titel: |
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| Speerspitze hat Folgendes geschrieben: | Nummer 2:Eine Spule(Eigeninduktivität L=35mH, Gleichstromwiderstand R0=12 Ohm) und ein ohmscher Widerstand R1=30 Ohm sind in Reihe geschaltet. Ueff= 12V f=200Hz
a)- Für welche Frequenzen ist Teilspannung Usp an der Spule größer als die am ohmschen Widerstand R1?
b)- Gegen welche Werte streben die Teilspannungen Usp und UR1 für sehr kleine und sehr große Frequenzen? Begründe! |
Ich nehme an, Du rechnest mit Pythagoras, nicht komplex?
Rechenweg: Strom I = 12V / Z ...XL = 2 pi f L ... Z² = XL²+(R0+R1)² ... Usp = I * √(XL²+R0²) und Ur1 = I * R1
a) wenn √(XL²+R0²) > R1 ist ... Antwort für f > 125 Hz
b) bei sehr großen freq.: Usp geht gegen unendlich und Ur1 gegen 0, da XL unendlich groß wird.
bei f=0 wird USP = 12V*10/42 und UR1 = 12V * 30/42, da XL gegen 0 geht
Stimmt alles?
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Grüße aus München, isi •≡≈ ¹₁₂½√∠∞±∫αβγδεηκλπρσφω ΔΣΦΩ |
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Speerspitze
Gast
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| Speerspitze Verfasst am: 14. Jan 2017 16:21 Titel: |
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Ok, vielen Dank schon mal für deine sehr schnelle Hilfe! 
Das Prinzip habe ich verstanden, nur habe ich mit deinen Werten nun eine größere Spannung heraus, wenn man bei mir Usp und Ur1 addiert als 12V? Woran könnte das liegen?
Zur Kontrolle meine Werte: XL=44 Ohm; Z=60,8 Ohm; Ieff=0,197A; Usp=9V; UR1=5,91V
Wäre nett wenn mir jemand sagen könnte wo der Fehler liegt! |
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isi1
Anmeldungsdatum: 03.09.2006
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| isi1 Verfasst am: 14. Jan 2017 16:26 Titel: |
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| Speerspitze hat Folgendes geschrieben: | | Wäre nett wenn mir jemand sagen könnte wo der Fehler liegt! |
Ich habs ja nicht nachgerechnet, aber dass das mehr ist, ist ganz normal, es liegt daran, dass die Spannungen an der Induktivität senkrecht auf der des Widerstands liegt. Die Gesamtspannung ist so eine Art Diagonale, die natürlich kürzer ist, als die beiden Seiten zusammen sind.
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Grüße aus München, isi •≡≈ ¹₁₂½√∠∞±∫αβγδεηκλπρσφω ΔΣΦΩ |
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Speerspitze
Gast
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| Speerspitze Verfasst am: 15. Jan 2017 10:20 Titel: |
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Jetzt hab ichs verstanden. Vielen Dank für deine Hilfe!!!!
Könnte mir denn noch jemand bei der anderen Aufgabe helfen, da ich wie gesagt nächste Woche schon Abi hat und unser Lehrer meinte, so eine ähnliche Aufgabe könnte drankommen. |
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isi1
Anmeldungsdatum: 03.09.2006
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| isi1 Verfasst am: 15. Jan 2017 10:38 Titel: Re: Feder im Magnetfeld und Spule mit Gleichstromwiderstand |
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| Speerspitze hat Folgendes geschrieben: | Nummer 1:
Eine flache, rechteckige Spule mit n=100 Windungen hat die Masse m=100g. Sie hängt an einer Feder mit der Federkonstanten D=10 N/m. Die Spule befindet sich teilweise in einem homogenen Magnetfeld der magnetischen Flussdichte B=0,80T, das orthogonal zur Spulenfläche in die Zeichenebene hinein gerichtet ist.
Die Spulenenden P und Q sind an ein hochohmiges Voltmeter angeschlossen. Die Spule wird um s=1,5 cm aus der Gleichgewichtslage angehoben und zur Zeit t=os losgelassen.
- Geben sie einen Funktionsterm U(t) für den zeitlichen Verlauf dieser Spannung an.
- Berechnen sie die Spannung (Ut1) für t1= 0,50s
- Geben sie für das Zeitintervall 0s< t < 1,0s die Polung von P bezüglich Q an. |
Wir wissen, dass die Federschwingung sinusförmig ist und können die Frequenz und auch die Höchstgeschwindigkeit errechnen. (ω = Wurzel(D/m)).
Die Auslenkung ist s*sin(ωt) ... differenziert nach der Zeit ergibt die Geschwindigkeit.
Und die Formel für die Spannung ist u(t) = N*dΦ/dt
Da fehlt uns jetzt noch die Angabe, die es erlaubt, Φ(t) zu berechnen. Vielleicht hast noch eine Zeichnung?
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Speerspitze
Gast
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| Speerspitze Verfasst am: 15. Jan 2017 11:04 Titel: |
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Achso ja,
die Spule ist 10cm lang und taucht mit ihrer Breite von 5cm in das magnetische Feld ein |
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isi1
Anmeldungsdatum: 03.09.2006
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| isi1 Verfasst am: 15. Jan 2017 11:08 Titel: |
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| Speerspitze hat Folgendes geschrieben: | Achso ja,
die Spule ist 10cm lang und taucht mit ihrer Breite von 5cm in das magnetische Feld ein |
Ja gut, dann kannst Du ja die Formel für Φ(t)= ... aufstellen.
Hast Du die anderen Dinge schon gerechnet? Zeig mal bitte.
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Speerspitze
Gast
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| Speerspitze Verfasst am: 15. Jan 2017 18:58 Titel: |
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Ja, f ist gleich wurzel(D/m)/2pi, also 1,59Hz.
V=sw*cos(wt)=0,15m/s
Uind=n*B*dA/dt
Nur wie kann ich jetzt Uind berechnen, wenn eine Beschleunigung stattfindet und A/t ständig wechselt? |
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isi1
Anmeldungsdatum: 03.09.2006
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| isi1 Verfasst am: 15. Jan 2017 19:17 Titel: |
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| Speerspitze hat Folgendes geschrieben: | Ja, f ist gleich wurzel(D/m)/2pi, also 1,59Hz.
V=sw*cos(wt)=0,15m/s
Uind=n*B*dA/dt
Nur wie kann ich jetzt Uind berechnen, wenn eine Beschleunigung stattfindet und A/t ständig wechselt? |
Warum schreibst Du dass das (Volumen) V = 0,15 m/s sei, wenn Du meinst, die Geschwindigkeit v_max sei 0,15 m/s?
Scherz beiseite: Du hast sicher eine Formel, über das Induktionsgesetz, oder? | . Formel, die sich aus Deiner letzten Zeile ergibt hat Folgendes geschrieben: | Das Ergebnis für die an den Klemmen messbare Spannung lautet dementsprechend  |
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Zuletzt bearbeitet von isi1 am 15. Jan 2017 19:28, insgesamt 2-mal bearbeitet |
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Speerspitze
Gast
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| Speerspitze Verfasst am: 15. Jan 2017 19:27 Titel: |
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Also zumindest die Formel für die Hallspannung U=dvB hab ich gehabt, aber eine Formel mit L hatte ich noch nicht |
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isi1
Anmeldungsdatum: 03.09.2006
Beiträge: 2902
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| isi1 Verfasst am: 15. Jan 2017 19:30 Titel: |
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| Speerspitze hat Folgendes geschrieben: | | Also zumindest die Formel für die Hallspannung U=dvB hab ich gehabt, aber eine Formel mit L hatte ich noch nicht |
Must einfach in Deine letzte Formel L einsetzen (siehe oben).
dA/dt = L * ds/dt = L * v
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Grüße aus München, isi •≡≈ ¹₁₂½√∠∞±∫αβγδεηκλπρσφω ΔΣΦΩ |
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Speerspitze
Gast
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| Speerspitze Verfasst am: 16. Jan 2017 07:44 Titel: |
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Also ist Uind jetzt =100*0,8T*sw*cos(wt)*0,05m???
oder hab ich mich da jetzt mit dem L und der Geschwindigkeit vertan? |
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Physik Man
Gast
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| Physik Man Verfasst am: 31. Jan 2022 01:00 Titel: Antwort |
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Naja die Funktion ist U(t)=6.10^(-4) . cos(10t) . N
U(t)= Ableitung von der Flussdichte Funktion mal die Windungen
Flussdichte in Abhängigkeit zur T ist gleich A(t) mal B
A(t) ist gleich b mal Länge in Abhängigkeit zur t
Länge in Abhängigkeit zur t findet man aus der Weg-Zeit-Gesetz
einer harmonischen Schwingung maximum Länge ist schon in der Frage gegeben also 1,5cm. Und die Zeit ist T also Schwingungsdauer einer Federpendels.
Wenn man alle Funktionen eingesetzt hat, kann man die obere genannte Funktion erhalten. |
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