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Pastor1989
Anmeldungsdatum: 05.09.2007
Beiträge: 23
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 Pastor1989 Verfasst am: 17. Feb 2008 01:46 Titel: Versuchsbeschreibung zu einem Induktionsversuch |
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Hallo,
in der Schule haben wir letztens einen Versuch gemacht, den ich für die anstehende Klausur nochmal lernen wollte, mir aber nichts dazu aufgeschrieben habe, dieser jedoch eventuell ein Thema sein könnte.
Ich glaube es war so, dass eine Spule an einem Stromkreis angeschlossen war, dieser aber noch nicht angeschaltet wurde. In die Spule wurde ein langer Eisenkern gestellt, und es wurde alles so positioniert, dass der Stab senkrecht nach oben zeigt. Über den Stab wurde ein Eisenring gestülpt. Sobald man jetzt den Strom angeschaltet hatte, sprang der Eisenring plötzlich weit nach oben, je nachdem wie lang der Stab war.
Jetzt ist meine Frage: Womit hängt das zusammen und wie ist das zu erklären?
Ich habe die Vermutung, dass durch den Strom ein Magnetfeld entsteht und die Kraft (glaube die Lorentzkraft) senkrecht zu den Feldlinien des Magnetfeldes wirkt. Da diese horizontal in der Spule verlaufen, wird der Ring also nach oben geschossen. Sollte auch was mit der Drei-Finger-Regel zu tun haben, oder? Wir haben immer die linke Hand benutzt, aber welcher Finger wofür stand, weiss ich auch nicht mehr.
Kann man mir da vllt auf die Sprünge helfen und genau erklären, was da abläuft?
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 17. Feb 2008 03:45 Titel: |
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Kann es sein, dass ihr da einfach statt einem Eisenring zum Beispiel einen Aluring verwendet habt? (Der ist leichter und fliegt besser  )
Mit Lorentzkraft und Drei-Finger-Regel würde ich da eher erstmal nicht anfangen, ich würde dir vorschlagen, mit folgenden Stichworten an die Sache heranzugehen:
Induktion, Lenzsche Regel, Induktionsspannung, Kreisstrom und eventuell Magneten, die sich gegenseitig abstoßen.
Magst du mal damit versuchen, die Sache zu beschreiben, und mal zeigen, wie weit du damit beim Erklären dieses Experimentes kommst?
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Einverstanden, durch den Strom in der Spule entsteht ein Magnetfeld. Worin entsteht es, in welche Richtung zeigt es, durch was geht es hindurch und welche zeitliche Abhängigkeit hat es?
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Pastor1989
Anmeldungsdatum: 05.09.2007
Beiträge: 23
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| Pastor1989 Verfasst am: 17. Feb 2008 10:47 Titel: |
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Aluminium kann natürlich auch sein, weiss ich aber nicht mehr so genau, aber wenn ihr das sagt, wird es wohl richtig sein, denn der Ring ist sehr hoch geflogen.
Also dadurch, dass die Spannung eingeschaltet wird, kommt es zu ener Induktion. Die Lenzsche Regel besagt, dass er immer entgegensetzt der Ursache fließt, also dass dadurch der Ring nach oben abgestoßen wird (aber welche Kraft wirkt denn nach unten außer die Gravitationskraft?), weil unten die Ursache ist, also die Spule. Ist das so halbwegs richtig?
Und durch die Bewegung des Rings auf dem Stab entsteht eine Induktionsspannung, und je schneller der Ring fliegt, desto größer ist die Spannung, hab ich das richtig verstanden?
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 17. Feb 2008 21:32 Titel: |
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Ups, da scheinst du mir vieles, was du bereits gehört hast, noch recht ungeordnet durcheinanderzuwürfeln.
Ich schlage vor, wir machen das mal ganz sorgfältig in kleinen Schritten.
Wie fängt das ganze an? Ein Strom durch die Spule wird angeschaltet.
Was konkret bewirkt dieser Strom im allerersten Gedankenschritt genau?
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Pastor1989
Anmeldungsdatum: 05.09.2007
Beiträge: 23
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| Pastor1989 Verfasst am: 17. Feb 2008 22:51 Titel: |
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Es entsteht ein Magnetfeld um die Spule?
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 17. Feb 2008 23:01 Titel: |
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Einverstanden, da entsteht ein Magnetfeld. Aber wo genau?
Wenn du sagst "um die Spule", dann bin ich mir noch nicht so ganz sicher, ob du schon weißt, wie so ein Magnetfeld einer Spule aussieht. Magst du das mal in Worten beschreiben, wie die Feldlinien eines solchen Magnetfeldes aussehen, oder es am besten sogar aufzeichnen und mal hier zeigen?
Und für den nächsten Schritt am besten auch mal eine Skizze zeichnen, wie so ein Magnetfeld in der Spule aussieht, wenn in dieser Spule noch der Eisenkern aus dem Versuch drin ist?
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Pastor1989
Anmeldungsdatum: 05.09.2007
Beiträge: 23
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| Pastor1989 Verfasst am: 17. Feb 2008 23:27 Titel: |
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Also ich hab jetzt mal mit Paint ein Bild gemacht, wie es doch eigentlich sein müsste, also dass die Feldlinien durch die Spule von Süden nach Norden verlaufen und um der Spule dann andersrum, also im Kreis.
edit: ups, hab ganz vergessen, die Stromquellen dranzuschreiben:
Also links an der Spule ist minus und recht plus.
Hm, jetzt weiss ich nur leider nicht, wie sich das verhält, wenn ein Eisenkern dazwischen ist...
| Beschreibung: |
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 18. Feb 2008 00:09 Titel: |
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Einverstanden, das Magnetfeld, das da beim Anschalten des Stromes durch die Spule entsteht, ist also nicht nur "um die Spule herum", sondern geht auch durch die Spule hindurch.
Also auch durch den Eisenkern, der da im Versuch in der Spule steckt.
Und weil Magnetfeldlinien noch lieber durch Eisen laufen als durch Luft (denn Eisen hat ein größeres  ), läuft ein großer Teil der Magnetfeldlinien noch ein bisschen weiter im Eisenkern nach außen, bevor sie zum anderen Pol der Spule zurückkehren.
Was, würdest du sagen, hat dieses entstehende Magnetfeld nun mit dem Aluring zu tun?
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Pastor1989
Anmeldungsdatum: 05.09.2007
Beiträge: 23
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| Pastor1989 Verfasst am: 18. Feb 2008 00:31 Titel: |
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Hm, vielleicht entsteht auf irgendeine Weise eine Indusktionsspannung, und durch die Lenzsche Regel, die ja dann vllt. der Induktionsspannung entgegenwirkt, versucht quasi der Ring aus diesem Magnetfeld irgendwie zu kommen, was nur nach oben geht?
Ich steh grad irgendwie auf dem Schlauch, aber die Klausur schreibt sich ja nicht von alleine ^^
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 18. Feb 2008 00:48 Titel: |
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| Pastor1989 hat Folgendes geschrieben: | Hm, vielleicht entsteht auf irgendeine Weise eine Indusktionsspannung, und durch die Lenzsche Regel, die ja dann vllt. der Induktionsspannung entgegenwirkt, versucht quasi der Ring aus diesem Magnetfeld irgendwie zu kommen, was nur nach oben geht?
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Irgendwie quasi wird am Ende so etwas in dieser Art herauskommen, ja 
Machen wir mal konkret den nächsten Schritt: Was ist denn Induktion? Was muss passieren, damit irgendetwas induziert werden kann? Was passiert hier konkret, und was konkret bewirkt es im Aluring?
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Pastor1989
Anmeldungsdatum: 05.09.2007
Beiträge: 23
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| Pastor1989 Verfasst am: 18. Feb 2008 07:11 Titel: |
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Es muss doch auf irgendeiner Seite einen Elektronenmangel und auf der anderen einen Überschuss geben, oder vertausche ich jetzt da wieder was? Oder passiert eine Induktion, sobald sich das Magnetfeld (alo B glaub ich) oder die bestimmte Fläche, in diesem Fall der ring(?) ändert?
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 18. Feb 2008 12:49 Titel: |
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| Pastor1989 hat Folgendes geschrieben: | | Oder passiert eine Induktion, sobald sich das Magnetfeld (alo B glaub ich) oder die bestimmte Fläche, in diesem Fall der ring(?) ändert? |
Ich würde vorschlagen, nimm diese Spur und verfolge sie weiter In einer Leiterschleife wird eine Spannung induziert, wenn sich der magnetische Fluss durch diese Leiterschleife ändert. Und das ist der Fall, wenn sich entweder das B-Feld ändert oder die Fläche der Leiterschleife, die senkrecht auf diesem B-Feld steht.
Wie ist das hier konkret bei dem Ring?
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Pastor1989
Anmeldungsdatum: 05.09.2007
Beiträge: 23
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| Pastor1989 Verfasst am: 18. Feb 2008 15:06 Titel: |
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Eigentlich doch die Fläche oder? Man ändert ja nichts an der Stromstärke oder dergleichen, was B ändern könnte. Liege ich da richtig?
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 18. Feb 2008 15:46 Titel: |
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Überleg nochmal genauer:
Wird der Ring zusammengequetscht oder gedreht? Was ist also mit der Fläche in der Formel für den magnetischen Fluss durch den Ring?
Was bewirkt das Anschalten des Stromes in der Spule? Was ist also mit dem B-Feld in der Formel für den magnetischen Fluss durch den Ring?
Mach dir im Zweifelsfall gerne eine Skizze mit der senkrecht stehenden Spule, dem senkrecht darin stehenden Eisenkern, den Magnetfeldlinien der Spule, dem Aluring, ..., um dir das ganze bildlicher und konkreter vor Augen zu führen.
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Pastor1989
Anmeldungsdatum: 05.09.2007
Beiträge: 23
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| Pastor1989 Verfasst am: 18. Feb 2008 15:58 Titel: |
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Ähm, der Ring wird ja nicht zusammengequetscht, das stimmt ^^
Ich glaube ich habe da grade zwei Flächen vertauscht. Einmal die des Ringes mti der der Flussdichte. Dadurch, dass der Ring ja um den Eisenkern ist, sollte es ja eine kleinere Flussdichte geben, weil eine gleiche Anzahl an Feldlinien durch eine bestimmte Fläche gehen, oder?
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 18. Feb 2008 16:01 Titel: |
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Ich glaube, du steuerst noch nicht auf den richtigen Punkt zu.
Ruf dir nochmal in Erinnerung, was in unseren ersten Schritten genau passiert:
Anschalten
Strom durch Spule
Magnetfeld in Spule
Magnetfeld in Eisenkern
Magnetfeld durch Ring
Ist der Strom durch die Spule und damit auch das Magnetfeld zeitlich konstant während dem Einschalten?
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Pastor1989
Anmeldungsdatum: 05.09.2007
Beiträge: 23
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| Pastor1989 Verfasst am: 18. Feb 2008 16:16 Titel: |
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Ne, der steigt doch auch gleichzeititg beim Anschalten kontinuierlich.
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 18. Feb 2008 16:22 Titel: |
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Einverstanden Also?
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Pastor1989
Anmeldungsdatum: 05.09.2007
Beiträge: 23
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| Pastor1989 Verfasst am: 18. Feb 2008 16:30 Titel: |
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Also ändert sich das B-Feld, weil die Stromstärke sich ändert
Und dadurch entsteht eine Induktionsspannung?
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 18. Feb 2008 16:50 Titel: |
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Einverstanden
Magst du das nochmal ausführlicher sagen, um das sicher festzuhalten? (Denn ich glaube, das war bisher unser wichtigster Gedankenschritt hier )
Und dann noch dazusagen, was genau wir also hier also die Induktionsursache identifiziert haben? Wogegen genau wird sich also der Ring laut der Lenzschen Regeln wehren? Wie könnte er das tun?
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Pastor1989
Anmeldungsdatum: 05.09.2007
Beiträge: 23
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| Pastor1989 Verfasst am: 18. Feb 2008 16:57 Titel: |
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Ok... jetzt wirds ernst ^^
Also dadurch, dass der Strom eingeschaltet wird, entsteht ein Magnetfeld um und in der Spule bzw im Eisenkern.
Die Formel für die Induktionsspannung, die entsteht, sagt aus, dass diese entweder durch eine Flächenänderung, die hier nicht ist, da sich die Fläche nicht ändert, oder durch eine Änderung des B-Feldes entsteht. Hier ist zweiteres der Fall, da die Stromstärke eine Komponente der magn. Flussdichte ist, und diese beim Einschalten ja geändert wird, also somit haben wir ein delta-I und delta-B. Das führt zu einer Induktionsspannung.
In Verbindung mit der Lenzschen Regel würde es ja heissen, dass die entstehende Spannung entgegen ihrer Ursache wirkt. Das heisst, verlaufen die Feldlinien von "oben" in den Eisenstab zum Ring, wirkt auch nach oben dann die entgegengesetzte Kraft.
Hm?
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 18. Feb 2008 17:25 Titel: |
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| Pastor1989 hat Folgendes geschrieben: | Ok... jetzt wirds ernst ^^
Also dadurch, dass der Strom eingeschaltet wird, entsteht ein Magnetfeld um und in der Spule bzw im Eisenkern.
Die Formel für die Induktionsspannung, die entsteht, sagt aus, dass diese entweder durch eine Flächenänderung, die hier nicht ist, da sich die Fläche nicht ändert, oder durch eine Änderung des B-Feldes entsteht. Hier ist zweiteres der Fall, da die Stromstärke eine Komponente der magn. Flussdichte ist, und diese beim Einschalten ja geändert wird, also somit haben wir ein delta-I und delta-B. Das führt zu einer Induktionsspannung.
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Einverstanden
Mit der Formulierung "da die Stromstärke eine Komponente der magn. Flussdichte ist" meinst du wahrscheinlich einfach, dass der Strom in der Formel für die Flussdichte drinsteht, und dass also die magnetische Flussdichte B in der Spule vom Strom I durch diese Spule abhängt
| Zitat: |
In Verbindung mit der Lenzschen Regel würde es ja heissen, dass die entstehende Spannung entgegen ihrer Ursache wirkt. Das heisst, verlaufen die Feldlinien von "oben" in den Eisenstab zum Ring, wirkt auch nach oben dann die entgegengesetzte Kraft.
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Aber was genau ist die Ursache? Die Ursache ist ja nicht, dass da zum Beispiel Feldlinien von oben durch den Ring verlaufen. Denn ein zeitlich konstantes Magnetfeld würde hier ja keine Induktion verursachen. Die Ursache ist also nicht die Feldlinienrichtung.
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Pastor1989
Anmeldungsdatum: 05.09.2007
Beiträge: 23
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| Pastor1989 Verfasst am: 18. Feb 2008 17:33 Titel: |
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Dann müsste die Ursache doch die Spannung sein, oder ist das jetzt wieder ein Schritt zu weit?
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 18. Feb 2008 17:36 Titel: |
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| Pastor1989 hat Folgendes geschrieben: | | Dann müsste die Ursache doch die Spannung sein |
Nein, wir sind ja bei der Ursache und nicht bei der Folge der Induktion.
Und die Ursache hast du oben ja bereits begonnen, zu nennen:
| Zitat: |
also somit haben wir ein delta-I und delta-B. Das führt zu einer Induktionsspannung.
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Was genau meinst du mit dem "Delta B"? Kannst du in Worten sagen, was genau du mit dem delta B in Bezug auf den Ring meinst?
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Pastor1989
Anmeldungsdatum: 05.09.2007
Beiträge: 23
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| Pastor1989 Verfasst am: 18. Feb 2008 17:43 Titel: |
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Durch das delta-B wird doch ein Unterschied der mag. Flussdichte beschrieben, die aber durch die Stromstärkenänderung zu Stande kommt, aber was das alles mit dem Ring auf sich hat, kann ich leider nicht sagen? Hats was mit der Fläche des Ringes oder Material zu tun?!
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 18. Feb 2008 18:29 Titel: |
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| Pastor1989 hat Folgendes geschrieben: | | Durch das delta-B wird doch ein Unterschied der mag. Flussdichte beschrieben, die aber durch die Stromstärkenänderung zu Stande kommt, aber was das alles mit dem Ring auf sich hat, kann ich leider nicht sagen? |
Dann hast du mit dem Delta B bisher vielleicht noch nicht ganz das richtige gemeint. (Oder kann es sein, dass du statt "Unterschied" eigentlich "Änderung" meinst und das bloß noch nicht klar zum Ausdruck gebracht hast?)
Die Ursache für die Induktion ist die zeitliche Änderung der Stärke des B-Feldes, das durch den Ring geht.
Wenn nun der Ring sich dagegen sträuben will, dass sich das B-Feld, das durch ihn hindurchgeht, ändert, was kann er dagegen tun?
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Pastor1989
Anmeldungsdatum: 05.09.2007
Beiträge: 23
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| Pastor1989 Verfasst am: 18. Feb 2008 18:49 Titel: |
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Ja, Unterschied meinte Änderung.
Ich denke mal, eine Kraft dagegen ausüben?
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 19. Feb 2008 00:42 Titel: |
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| Pastor1989 hat Folgendes geschrieben: |
Ich denke mal, eine Kraft dagegen ausüben? |
Um eine B-Feld-Änderung zu verhindern? Das kann ich mir nicht vorstellen, wie das gehen sollte.
Also wenn ich ein Ring wäre, und wollte so gut es geht verhindern, dass das Magnetfeld, das durch mich durchgeht, sich verändert, dann fielen mir schon mal zwei nette Möglichkeiten ein:
* Ich flüchte woanders hin, wo das Magnetfeld nicht so stark zunimmt
* Ich mache selber etwas gegen die Magnetfeldzunahme, indem ich selbst ein Magnetfeld erzeuge, und zwar eines, das dem Magnetfeld, das da zunimmt, entgegengerichtet ist.
Was würdest du sagen, was macht der Ring wirklich? Eins von beiden, beide Dinge, etwas ganz anderes, ... ?
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Pastor1989
Anmeldungsdatum: 05.09.2007
Beiträge: 23
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| Pastor1989 Verfasst am: 19. Feb 2008 20:53 Titel: |
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Naja, Klausur ist zwar vorbei, und der Versuch kam nicht dran, aber ich würde doch mal sagen, die zweitere Variante von dir ^^
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 19. Feb 2008 22:30 Titel: |
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| Pastor1989 hat Folgendes geschrieben: | | aber ich würde doch mal sagen, die zweitere Variante von dir ^^ |
Kannst du das begründen, magst du das mal ausführlicher erklären und den Gedankenfaden weiterspinnen? Wie macht das der Ring?
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Pastor1989
Anmeldungsdatum: 05.09.2007
Beiträge: 23
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| Pastor1989 Verfasst am: 20. Feb 2008 23:43 Titel: |
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Hat das was den Wirbelströmen zu tun, die bei der Induktion entstehen? Tut mir Leid, ich kann das leider alles nicht miteinander in Verbindung bringen.
Vielleicht wirken ja diese Wirbelströme mit der Kraft, die aus der lenzschen Regel hervorgeht, "von unten" also von der Spule aus nach oben, oder so ähnlich, aber... ich weiss es nicht 
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dermarkus
Administrator
Anmeldungsdatum: 12.01.2006
Beiträge: 14788
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| dermarkus Verfasst am: 21. Feb 2008 12:44 Titel: |
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| Pastor1989 hat Folgendes geschrieben: | Hat das was den Wirbelströmen zu tun, die bei der Induktion entstehen?
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Ja Und mit der Lenzschen Regel kann man sich überlegen, in welcher Richtung dieser Wirbelstrom im Ring im Kreis herum fließt, nämlich so, dass er ein Magnetfeld erzeugt, das so gerichtet ist, dass es die Veränderung des Magnetfeldes durch die Spule verringert.
| Zitat: |
Tut mir Leid, ich kann das leider alles nicht miteinander in Verbindung bringen.
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Dann malst du dir die Schritte am besten ganz anschaulich in Skizzen auf: Ich würde vorschlagen, du unterteilst dir das in folgende kleine Schritte:
1. Aufgabe:
* Zeichne eine Spule, die senkrecht steht wie in dem Experiment, und zeichne sie so, dass man ihr ansieht, wie herum sie gewickelt ist (Zeichne dazu die jeweils hinteren Linien unterbrochen, wo sie die vorderen Linien schneiden)
* Zeichne das Magnetfeld dieser Spule und den Strom durch diese Spule ein, die beim Anschalten entstehen. Schaffst du es, die Richtung des Stromes durch die Spule so zu wählen, dass, sagen wir mal, die Richtung des Magnetfeldes innerhalb der Spule von unten nach oben zeigt?
2. Aufgabe:
Zeichne in diese Skizze auch den Eisenkern und den Ring mit ein.
3.Aufgabe:
Zeichne in dem Ring die Stromrichtung des Wirbelstromes so ein, dass dieser Strom ein Magnetfeld erzeugt, das im Innern des Ringes von oben nach unten zeigt. Dann nämlich ist die Lenzsche Regel erfüllt, dass der Ring mit seinem eigenen Magnetfeld (von oben nach unten) der Veränderung des äußeren Magnetfeldes in ihm (das von unten nach oben zeigt) entgegenwirkt.
Magst du das bis dahin mal machen und deine Skizzen dazu hier zeigen?
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