Spannung zwischen den Schienen eines Zuges

macky · Anmeldungsdatum: 05.05.2007 Beiträge: 64 Wohnort: nrw

Hey, ich bin gerade dabei für die nächste Physikklausur zu üben und brauche ein bisschen Hilfe (bzw. Kontrolle;) )bei dieser Aufgabe:
Ein Zug fährt in einer Gegen, in der i=70° (Inklinationswinkel) und die Stärke des Erdmagnetfeldes B=49*10^(-6) T ist, mit 140km/h von Westen nach Osten. Die Spurweite ist 1435 mm.
a) Wie groß ist die Lorentzkraft auf die Elektronen in den Achsen?
b) Wie wird jede Schiene geladen?
c) Wie groß ist die Spannung zwischen den Schienen?

a) Hier habe ich den Vektor für das Magnetfeld in ein senkrechte und eine horizontale Komponente zerlegt. So konnte ich dann ausrechnen Bsenkrecht=B*cos(20°)
Und mit der Formel für die Lorentzkraft kam dann raus FL=e*v*B, also

.
Ist das soweit richtig gerechnet?

Bei b) wusste ich dann nicht wirklich was gemeint war, kann mir hier vielleicht jemand auf die Sprünge helfen?

c) Hier war ich mir auch nicht sicher, aber ich habe mir gedacht, dass die Spannung zwischen den Schienen entsteht, weil die in a errechnete Lorentzkraft die Elektronen in den Schienen ablenkt, und so in beiden Schienen ein Hallspannung entsteht.
Und der Ladungsunterschied ist ja zwischen beiden Schienen genausogroß, wie innerhalb einer Schiene, nur der Abstand ist größer.
Deshalb habe ich dann so gerechnet:

Das ergab dann eine Spannung von ungefähr 3 mV.

Es wär echt total nett wenn mir hier einer helfen und meine Rechnungen kontrollieren könnte smile

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dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Mit deinen Rechnungen bin ich einverstanden smile

In der b) bin ich auch nicht ganz sicher, wie die Frage gemeint ist, ich würde auf eine der zwei folgenden Möglichkeiten tippen:

* Wenn man mal annimmt, dass der Zug auf der Nordhalbkugel der Erde fährt, welche der beiden Schienen lädt sich dann postiv auf und welche negativ?

* Wahrscheinlich ist aber mit der b) folgendes gemeint: Nach welchem Prinzip funktioniert das, dass die Schienen geladen sind, was passiert da genauer? Also eine Antwort, die erklärt, dass die Elektronen durch die Lorentzkraft in den Achsen des Zuges, die die Räder verbinden, so lange von einer Schiene zu r anderen wandern, bis die Spannung zwischen den Schienen so groß geworden ist, dass die zugehörige elektrische Feldkraft genausogroß geworden ist wie die Lorentzkraft. Also das Prinzio der Hallsonde.

zur c) :