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Magnetfeld und Lorentzkraft
 
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Filou96



Anmeldungsdatum: 26.07.2017
Beiträge: 20

Beitrag Filou96 Verfasst am: 26. Jul 2017 14:10    Titel: Magnetfeld und Lorentzkraft Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Ich schreibe bald eine Klausur in Physik . Und das ist meine Aufgabe dazu :
Eine Kreisförmige Spule mit einem Radius von r= 30 mm und 50 Windungen wird von einem Magnetfeld durchflossen. Das Magnetfeld steht senkrecht zur Fläche, die die Windungen beschreiben( die Fläche geht somit voll ein )
Das Magnetfeld beträgt zunächst 10T. Es werden dann gleichmäßig vom 2ms auf 10,25T erhöht.
1)Welche Spannung wird während dervErhöhung der Feldsrärke induziert ?
2)das Magnetfeld wird nun in der gleichenzeit von 0T auf 0,25 T erhöht. Welche Spannung wird nun induziert ?
3) jemand stolpert über den Stecker des Magneten, sodass das Feld innerhalb von 10 ys von 10T auf 0T zusammenbricht . Welche Spannung wird induziert ?

Meine Ideen:
Ich hatte einige Ansätze , aber keiner hat mich wircklich voran gebracht .
Die letzte Formel die ich probiert hatte war : Uinduktion= -N * B * ( dA / dt )
Steffen Bühler
Moderator


Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 5184

Beitrag Steffen Bühler Verfasst am: 26. Jul 2017 14:26    Titel: Antworten mit Zitat

Willkommen im Physikerboard!

Die Formel ist gar nicht so schlecht, aber die Fläche A wird hier ja nicht geändert, sondern die Flussdichte B. Die Fläche (wie groß ist die?) bleibt dagegen konstant. Das läuft aber auf dasselbe raus, es geht ja um die Änderung des magnetischen Flusses .

Was ist also zu tun?

Viele Grüße
Steffen
Filou96



Anmeldungsdatum: 26.07.2017
Beiträge: 20

Beitrag Filou96 Verfasst am: 26. Jul 2017 14:48    Titel: Antworten mit Zitat

Also müsste ich die flussdichte gegen die Zeit Auftrag? grübelnd
Steffen Bühler
Moderator


Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 5184

Beitrag Steffen Bühler Verfasst am: 26. Jul 2017 14:54    Titel: Antworten mit Zitat

Ja! Genauer gesagt: die Änderung der Flussdichte gegen die Änderung der Zeit.
Filou96



Anmeldungsdatum: 26.07.2017
Beiträge: 20

Beitrag Filou96 Verfasst am: 26. Jul 2017 14:58    Titel: Antworten mit Zitat

Wäre meine Formel dann .: U = -N * A * ( dB / dt ) ?
Steffen Bühler
Moderator


Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 5184

Beitrag Steffen Bühler Verfasst am: 26. Jul 2017 15:00    Titel: Antworten mit Zitat

Bingo! Was kommt raus?
Filou96



Anmeldungsdatum: 26.07.2017
Beiträge: 20

Beitrag Filou96 Verfasst am: 26. Jul 2017 15:03    Titel: Antworten mit Zitat

Yeahh smile

Ich komme da auf - 0,72 (V? )
Steffen Bühler
Moderator


Anmeldungsdatum: 13.01.2012
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Beitrag Steffen Bühler Verfasst am: 26. Jul 2017 15:05    Titel: Antworten mit Zitat

Ich nicht. Wie hast Du gerechnet?
Filou96



Anmeldungsdatum: 26.07.2017
Beiträge: 20

Beitrag Filou96 Verfasst am: 26. Jul 2017 15:09    Titel: Antworten mit Zitat

Ich habe mir die Fläche aus dem gegeben Radius berechnet . Also die 30^2mm * pi. Da komme ich auf 2827, 43 mm2
Anschließend habe ich mir dB berechnet ( 10T + 10,25 T)/2
Und dann nur noch in die Formel eingesetzt
Steffen Bühler
Moderator


Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 5184

Beitrag Steffen Bühler Verfasst am: 26. Jul 2017 15:12    Titel: Antworten mit Zitat

Die Fläche ist in Ordnung, aber die Änderung der Flussdichte ist merkwürdig.

Da rechnet man doch, wie geschrieben, Flussdichtenänderung durch Zeitänderung:

Was Du berechnet hast, ist die mittlere Flussdichte.


Zuletzt bearbeitet von Steffen Bühler am 26. Jul 2017 15:14, insgesamt einmal bearbeitet
Filou96



Anmeldungsdatum: 26.07.2017
Beiträge: 20

Beitrag Filou96 Verfasst am: 26. Jul 2017 15:13    Titel: Antworten mit Zitat

Und wie macht man das?
Steffen Bühler
Moderator


Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 5184

Beitrag Steffen Bühler Verfasst am: 26. Jul 2017 15:14    Titel: Antworten mit Zitat

Um wieviel ändert sich die Flussdichte?

Um wieviel ändert sich die Zeit?

Nun dividieren.
Filou96



Anmeldungsdatum: 26.07.2017
Beiträge: 20

Beitrag Filou96 Verfasst am: 26. Jul 2017 15:20    Titel: Antworten mit Zitat

Die flussdichte ändert sich um 0,25
Die Zeit sind doch mein 2 ms
Steffen Bühler
Moderator


Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 5184

Beitrag Steffen Bühler Verfasst am: 26. Jul 2017 15:26    Titel: Antworten mit Zitat

Filou96 hat Folgendes geschrieben:
Die flussdichte ändert sich um 0,25


...Tesla, richtig.

Filou96 hat Folgendes geschrieben:
Die Zeit sind doch mein 2 ms


Auch richtig. Also wieviel Tesla pro Sekunde?
Filou96



Anmeldungsdatum: 26.07.2017
Beiträge: 20

Beitrag Filou96 Verfasst am: 26. Jul 2017 15:28    Titel: Antworten mit Zitat

Das wären dann 0,125 T/s
Steffen Bühler
Moderator


Anmeldungsdatum: 13.01.2012
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Beitrag Steffen Bühler Verfasst am: 26. Jul 2017 15:29    Titel: Antworten mit Zitat

Nein. Rechne ruhig und konzentriert.
Filou96



Anmeldungsdatum: 26.07.2017
Beiträge: 20

Beitrag Filou96 Verfasst am: 26. Jul 2017 15:34    Titel: Antworten mit Zitat

Also 2 ms sind 0,002 s
Dann wären es 0,25 / 0,002 = 125 T/s
Steffen Bühler
Moderator


Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 5184

Beitrag Steffen Bühler Verfasst am: 26. Jul 2017 15:36    Titel: Antworten mit Zitat

Prima! Und die Spannung ist dann...
Filou96



Anmeldungsdatum: 26.07.2017
Beiträge: 20

Beitrag Filou96 Verfasst am: 26. Jul 2017 15:45    Titel: Antworten mit Zitat

Ich habe meine Fäche A= 2827,43 mm in Meter umgerechnet. Da komme ich dann auf 2, 827 m.
-> U= -N * A* 125 T/s
U= -50 * 2,827m* 125 T/s
U= - 17668,75
Steffen Bühler
Moderator


Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 5184

Beitrag Steffen Bühler Verfasst am: 26. Jul 2017 16:01    Titel: Antworten mit Zitat

Kannst Du Dir wirklich vorstellen, 17 kV aus so einem kleinen Ding rauszuholen?

Eine Fläche wird nicht in Meter, sondern in Quadratmeter gemessen.

Und wenn Du einen Meterstab anschaust, hat der 1000 Millimeter. Wenn Du zwei Meterstäbe im rechten Winkel aneinanderlegst, spannen die also wieviel Quadratmillimeter auf?

Wieviel Quadratmillimeter sind also ein Quadratmeter?

Du tust Dich übrigens leichter, wenn Du den Radius gleich in Metern angibst, dann kommen von ganz alleine Quadratmeter raus. So mach ich's auch, da verrechne ich mich am wenigsten.
Filou96



Anmeldungsdatum: 26.07.2017
Beiträge: 20

Beitrag Filou96 Verfasst am: 26. Jul 2017 16:13    Titel: Antworten mit Zitat

Wenn ich sie im rechten Winkel anlege , würden sie doch ein L ergeben (?)
Dann wäre es doch theoretisch a*b . Also 1000mm *1000mm = 100000 mm2 und das wären dann 100 m2 ?????
Steffen Bühler
Moderator


Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 5184

Beitrag Steffen Bühler Verfasst am: 26. Jul 2017 16:21    Titel: Antworten mit Zitat

1000*1000 sind nicht 100.000, sondern 1.000.000, also eine Million. Und das L spannt eben genau einen Quadratmeter (1m*1m=1m²) auf, und das sind einfach dasselbe wie 1.000.000 Quadratmillimeter (1.000mm*1.000mm=1.000.000mm²). Der Umrechnungsfaktor ist also eine Million.

Wie gesagt, drück den Radius besser gleich in Metern aus, dann sparst Du Dir diesen Ärger...

Wieviel Volt bekommst Du nun raus?
Filou96



Anmeldungsdatum: 26.07.2017
Beiträge: 20

Beitrag Filou96 Verfasst am: 26. Jul 2017 16:36    Titel: Antworten mit Zitat

Ich habe mir jetzt mal die 30mm in Meter umgerechnet. Das wären dann 0,03 m.
Also wären das dann 0,03 ^2 * pi = 2,827*10^-3 m2

Dann komme ich auf 1,4135
Steffen Bühler
Moderator


Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 5184

Beitrag Steffen Bühler Verfasst am: 26. Jul 2017 16:37    Titel: Antworten mit Zitat

Die Fläche passt jetzt, aber die 1,4135 (falls es Volt sein sollen) immer noch nicht.
Filou96



Anmeldungsdatum: 26.07.2017
Beiträge: 20

Beitrag Filou96 Verfasst am: 26. Jul 2017 16:41    Titel: Antworten mit Zitat

Habe gerade alles noch mal ganz in Ruhe eingetippt.
In die Formel eingesetzt: U = -50 * (2,827* 10^-3)* 125 = -17, 668 ~ 17, 67 v
Steffen Bühler
Moderator


Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 5184

Beitrag Steffen Bühler Verfasst am: 26. Jul 2017 16:44    Titel: Antworten mit Zitat

So ist es. Das Minus bleibt natürlich bei der Rundung erhalten.

Gut. Und weiter?
Filou96



Anmeldungsdatum: 26.07.2017
Beiträge: 20

Beitrag Filou96 Verfasst am: 26. Jul 2017 16:50    Titel: Antworten mit Zitat

Damit wäre doch dann Aufgabe 1 fertig.
So bei Aufgabe 2 bleibt die selbe Zeitangabe . Also die 0,002s
Meine Flussdichte wird von 0T auf 0,25 T erhöht . Die Differenz beträgt dann 0,25T .
Meine Fläche bleibt gleich und die Windungen ebenfalls .
In der Formel eingesetzt : U= -50 * ( 2,827* 10^-3 m2) * ( 0,25 T / 0,002 s)
Steffen Bühler
Moderator


Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 5184

Beitrag Steffen Bühler Verfasst am: 26. Jul 2017 16:51    Titel: Antworten mit Zitat

Genau, denn es geht nur um die Änderung, nicht um den absoluten Wert der Flussdichte.

Und die 3?
Filou96



Anmeldungsdatum: 26.07.2017
Beiträge: 20

Beitrag Filou96 Verfasst am: 26. Jul 2017 17:03    Titel: Antworten mit Zitat

Bei Aufgabe 3 habe ich eine neue Zeitangabe .
Und zwar die 10ys. 1 ys sind 10^-6 s. Das wären 10*10^-6 s
Die Flussdichte fällt von 10T auf 0T . Somit ist die Änderung 10T
Die Fläche und Windungen bleiben gleich.
Eingesetzt : -50 * ( 2.827*10^-3 )* ( 10T / 10^-6 s)
Steffen Bühler
Moderator


Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 5184

Beitrag Steffen Bühler Verfasst am: 26. Jul 2017 17:11    Titel: Antworten mit Zitat

Ach, ys sind Mikrosekunden? Ich hab mich schon gewundert, den Vorsatz y gibt's nämlich auch, der heißt Yokto und steht für . Aber Mikrosekunden sollte man besser µs schreiben.

Ansonsten passt es - bis aufs Vorzeichen. Denn nun steigt die Flussdichte nicht an, sondern sie fällt! Die Steigung ist also negativ.
Filou96



Anmeldungsdatum: 26.07.2017
Beiträge: 20

Beitrag Filou96 Verfasst am: 26. Jul 2017 17:14    Titel: Antworten mit Zitat

Also -2,827*10^-3 ?
Steffen Bühler
Moderator


Anmeldungsdatum: 13.01.2012
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Beitrag Steffen Bühler Verfasst am: 26. Jul 2017 17:16    Titel: Antworten mit Zitat

Nein, die Fläche wird doch nicht negativ. Es geht um die Tesla pro Sekunde bzw. um die Änderung der Tesla. Diese Änderung geht von 10 auf Null, ist also negativ.
Filou96



Anmeldungsdatum: 26.07.2017
Beiträge: 20

Beitrag Filou96 Verfasst am: 26. Jul 2017 17:30    Titel: Antworten mit Zitat

Ja stimmt .

Also (-10 T / 10^-6 s)
Oder kommt das Minus vor den gesamten Bruch ?
Steffen Bühler
Moderator


Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 5184

Beitrag Steffen Bühler Verfasst am: 26. Jul 2017 17:34    Titel: Antworten mit Zitat

Stimmt so.

Nach dem Kommutativgesetz kannst Du das Minus natürlich auch vor den Bruch schreiben:

Aber so ist (Dir und dem Lehrer) klar, wo das Minus herkommt.

Was kommt raus?
Filou96



Anmeldungsdatum: 26.07.2017
Beiträge: 20

Beitrag Filou96 Verfasst am: 26. Jul 2017 17:42    Titel: Antworten mit Zitat

Mein Ergebnis kommt mir sehr hoch vor.
Komme auf 1413500 v
Steffen Bühler
Moderator


Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 5184

Beitrag Steffen Bühler Verfasst am: 26. Jul 2017 17:44    Titel: Antworten mit Zitat

Die induzierte Spannung ist auch hoch, aber so hoch dann doch nicht. Rechne noch mal in Ruhe.
Filou96



Anmeldungsdatum: 26.07.2017
Beiträge: 20

Beitrag Filou96 Verfasst am: 26. Jul 2017 17:52    Titel: Antworten mit Zitat

U= -50 * ( 2,827*10^-3) * ( -10T / 10^-5)
U= -50 * ( 2,827*10^-3) *(-1.000.000)
U= - 0,14135 * (-1.000.000)
U= 141350
Steffen Bühler
Moderator


Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 5184

Beitrag Steffen Bühler Verfasst am: 26. Jul 2017 17:54    Titel: Antworten mit Zitat

... Volt, richtig. Ist dann doch erstaunlich, wieviel da theoretisch zusammenkommen kann.

Ok, alles erledigt.

Viele Grüße
Steffen
Filou96



Anmeldungsdatum: 26.07.2017
Beiträge: 20

Beitrag Filou96 Verfasst am: 26. Jul 2017 17:59    Titel: Antworten mit Zitat

Vielen vielen Dank für die Hilfe smile
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