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Sebii32578.
Gast
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 Sebii32578. Verfasst am: 29. Okt 2022 16:01 Titel: Richtung Magnetfeld |
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Meine Frage:
Hallo Zusammen, bei einem Experiment hängt ein Mangnet mittig über einer Leiterschleife, die an einem Voltmeter angeschlossen ist. Die Leiterschleife ist quasi eine Schleife aus einem Draht, die auf dem Tische liegt und durch ziehen und schieben vergrößert oder verkleinert wird.
Durch Vergrößern und Verkleinern der Leiterschleife bzw. der Kreisfläch verändert sich die Spannung kurzzeitig,was an dem Voltmeter abzulesen ist. Bei einer Skizze zu diesem Versuch soll nun die Richtung des Magnetfeldes eingezeichnet werden.
Kun die Frage: welche Richtung hat das Magentfeld. Also wen ich von obene auf den Versuchsaufbau gucke, ist das Magnetfeld ,,in den Tisch" oder ,, aus dem Tisch heraus in Richtung meines Gesichtes" gerichtet?
Lg und danke im Voraus
Meine Ideen:
Ich bin bei Recherche darauf gestoßen, dass das Magentfeld quasi aus dem Tisch gerichtet ist aber ich weiß nicht wieso?
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3391
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| ML Verfasst am: 29. Okt 2022 16:08 Titel: Re: Welche Richutng hat das Magnetfeld in diesem Versuch zur |
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Hallo,
mit Deinen Angaben lässt sich das nicht beantworten.
Kannst Du bitte eine Skizze der Anordnung anfertigen, die folgendes zeigt:
- Wicklungsrichtung der Schleife
- Angabe, ob die Schleife vergrößert oder verkleinert wird
- Einbaurichtung des Voltmeters
- Vorzeichen der angezeigten Spannung
Viele Grüße
Michael
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Sebii32923
Anmeldungsdatum: 29.10.2022
Beiträge: 8
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| Sebii32923 Verfasst am: 29. Okt 2022 16:47 Titel: Antwort mit Versuchsaufbau |
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Hi, ich kann leider kein Bild meiner Skizze einfügen aber hier ein Link zu einem Pdf Skript, in dem der Versuchsaufbau gezeigt wird. Wir gehen davon aus, dass das Die Linke Seite des Drahts an dem Pluspol angeschlossen ist und die rechte Seite am Minuspol des Voltmeters.
Link: https://www.schulentwicklung.nrw.de/materialdatenbank/material/download/8446
Lg und vielen Dank.
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3391
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| ML Verfasst am: 29. Okt 2022 18:27 Titel: Re: Antwort mit Versuchsaufbau |
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Hallo,
| Sebii32923 hat Folgendes geschrieben: | | Hi, ich kann leider kein Bild meiner Skizze einfügen |
Bitteschön.
| Zitat: |
Wir gehen davon aus, dass das Die Linke Seite des Drahts an dem Pluspol angeschlossen ist und die rechte Seite am Minuspol des Voltmeters.
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Schön. Und jetzt noch die Antworten zu den beiden restlichen fehlenden Angaben.
Wenn Du es selbst herausfinden willst, kannst Du Dich hieran:
https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Induktion#Induktion_bei_einer_Leiterschleife
orientieren.
Viele Grüße
Michael
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Sebii32923
Anmeldungsdatum: 29.10.2022
Beiträge: 8
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| Sebii32923 Verfasst am: 29. Okt 2022 20:40 Titel: Antwort auf fehlende Angaben |
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Hi Michael,
wenn die Fläche verkleinert wird, also der Draht zusammen gezogen wird, dann wird kurzzeitig eine negative Spannung angezeigt. Bei Vergrößerung entsprechend eine positive Spannung.
Ich wäre dir oder euch sehr dankbar, wenn ihr mir das erklären könntet. Die Schlaufe an sich hat ja eigentlich kein Magentfeld, da sie ja nicht stromdurchflossen ist. Also geht es ja nur um das Magnetfeld des Magenten oder? Ich verstehe halt nicht welche Richtung das Magentfeld dann in meiner Zeichnung hat also ,,aus dem Heft raus oder ins Heft rein"?. Das wäre die Hauptfrage, die zu klären ist.
Viele liebe Grüße und Dank im Voraus
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3391
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| ML Verfasst am: 30. Okt 2022 00:32 Titel: Re: Antwort auf fehlende Angaben |
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Hallo,
| Sebii32923 hat Folgendes geschrieben: | Hi Michael,
wenn die Fläche verkleinert wird, also der Draht zusammen gezogen wird, dann wird kurzzeitig eine negative Spannung angezeigt. Bei Vergrößerung entsprechend eine positive Spannung.
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immer diese Vorzeichenschieberei. Man kann sich dabei eigentlich nur vertun. Daher gaaanz langsam und in drei verschiedenen Varianten -- dann kannst Du Dir die schönste aussuchen. 
Wir gehen zunächst vereinfachend davon aus, dass nur innerhalb der Schleife direkt unterhalb des Magneten ein relevantes Magnetfeld herrscht.
Wenn wir das linke Kabel an den Pluseingang des Voltmeters und das rechte Kabel an den Minuseingang des Voltmeters legen und die Annahme über das verschwindende Magnetfeld weiterdenken, so können wir den Stromkreis auch so vereinfachen wie links oben im Bild gezeigt.
In der Wikipedia haben wir unter
https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Induktion#/media/Datei:Area_Faraday's_law.svg
eine ganz ähnliche Anordnung.
Diese adaptieren wir folgendermaßen auf unsere Situation:
- Wir gehen weiterhin von einer nach unten (vom Magneten wegzeigenden) Flächenorientierung aus
- Da bei uns das Messgerät aber andersherum eingebaut ist als in der Wikipedia, was an der Pfeilrichtung von U zu erkennen ist, ändern wir ein Vorzeichen in der Gleicihung.
Adaptiert auf unsere Anordnung lautet die Gleichung also mit nach unten in die Tischplatte zeigender Flächennormale:
Wenn Du jetzt sagst, dass beim Vergrößern der Fläche eine positive Spannung angezeigt wird, so bedeutet das, dass  bzw.  ist. Bei größer werdender Fläche ist die Flussänderung aber nur dann negativ, wenn das Magnetfeld entgegen der Flächenorientierung gerichtet ist. Das Magnetfeld läuft also von unten aus dem Tisch heraus nach oben zum Magneten, genau andersherum also als unsere Flächennormale.
Viele Grüße
Michael
PS: Wir können die gleiche Überlegung auch mit der Lenz'schen Regel durchführen. Die Lenzsche Regel sagt, dass ein induzierter Strom seiner Ursache, der Magnetfeldänderung, entgegenwirkt. Nun fließt hier zwar idealtypisch gesehen kein Strom; wir können uns aber einen sehr hochohmigen Widerstand anstelle des Voltmeters vorstellen, in dem dann zumindest ein kleiner Strom fließt.
Wenn wir die Schleife vergrößern, haben wir voraussetzungsgemäß eine positive Spannung. Das bedeutet, dass ein Strom im Uhrzeigersinn fließen würde und dieser der Änderung des Magnetfeldes entgegenwirkt.
Ein Strom, der im Uhrzeigersinn fließt, geht entsprechend der rechten Handregel mit einem B-Feld einher, das innerhalb der Schleife in die Tischplatte zeigt. Wenn das Feld, das in die Tischpaltte zeigt, der Flussveränderung entgegenwirkt, so muss durch die Vergrößerung der Fläche der Fluss "aus der Tischplatte heraus" größer werden. Das B-Feld kommt also aus der Tischplatte hinaus.
PPS: Und jetzt nochmal mit der Lorentzkraft. Das geht hier ausnahmsweise deshalb, weil die Induktion rein auf Bewegung des Leiters beruht. Nur in diesem Fall ist die Lorentzkraft die Ursache der Induktion.
Wir gehen willkürlich davon aus, dass das B-Feld von oben in den Tisch hineinzeigt. Verringern wir den Durchmesser der Schleife, so bewegen wir den Leiter nach innen. Entsprechend der Rechte-Handregel würde dann auf positive Ladungen eine Kraft ausgeübt, die in Uhrzeigerrichtung zeigt. Das würde jedoch ein U>0 verursachen, da der (+)Anschluss des Voltmeters positiv geladen würde. Bei Verkleinerung des Schleifendurchmessers beobachten wir aber in Wirklichkeit eine negative Spannung. Folglich muss das B-Feld aus dem Tisch nach oben herauszeigen.
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Sebii32923
Anmeldungsdatum: 29.10.2022
Beiträge: 8
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| Sebii32923 Verfasst am: 30. Okt 2022 09:51 Titel: Antwort |
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Hallo Michael, vielen vielen Dank für die Ausführliche Antwort.
Ich konnte das meiste aber nicht zu 100% nachvollziehen, da mir warscheinlich einige Kenntnisse zur Induktion fehlen ( der Versuch ist unser Einstieg zur Induktion).
Unser Lehrer meinte zu uns, das wir dafür nur die Rechte Hand brauchen um das rauszufinden. Könntest du mir das vielleicht noch bitte erklären, wie man da jetzt nur durch die rechte Hand Regel drauf kommt?
Mfg
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3391
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| ML Verfasst am: 30. Okt 2022 09:58 Titel: Re: Antwort |
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Hallo,
| Sebii32923 hat Folgendes geschrieben: |
Unser Lehrer meinte zu uns, das wir dafür nur die Rechte Hand brauchen um das rauszufinden. Könntest du mir das vielleicht noch bitte erklären, wie man da jetzt nur durch die rechte Hand Regel drauf kommt?
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Es gibt bei der Kommunikation immer zwei Leute, die sich Mühe geben müssen: Derjenige, der etwas aufschreibt, und derjenige, der es liest.
Jetzt bist Du an der Reihe.
- Wenn Du weißt, wie Du mit der Rechte-Handregel die B-Feldrichtung um einen stromdurchflossenen Leiter bestimmst, nimm Erklärung PS.
- Wenn Du weißt, wie Du mit der Rechte-Handregel die Kraft auf eine positive Ladung im B-Feld bestimmst, nimm Erklärung PPS.
Gehe die Erklärung anschließend Satz für Satz durch und sag mir, an welcher Stelle Du nicht weiterkommst.
Viele Grüße
Michael
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Sebii32923
Anmeldungsdatum: 29.10.2022
Beiträge: 8
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| Sebii32923 Verfasst am: 30. Okt 2022 11:52 Titel: |
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Hi,
Erklärung Ps verstehe ich größtenteils. Die Krümmung der Finger zeigt an, dass das Magentfeld in die Tischplatte geht ok. Aaaabber welche Rolle spielt der Magnet der über der Leiterschleife hängt dabei? Dieser hat ja auch einen Einfluss? Der Teil mit dem Entgegenwirken habe ich nicht verstanden und warum es letztendlich aus der Tisch raus geht.
Mfg
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3391
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| ML Verfasst am: 30. Okt 2022 12:57 Titel: |
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Hallo,
ich möchte vorausschicken, dass ich es bevorzuge, mir die Spannungsrichtung und die Flussänderung an einem Beispiel bzw. der integralen Version des Induktionsgesetzes zu merken und nicht irgendwelche Hilfskonstruktionen mit entgegenwirkenden Flüssen und Lorentzkräften zu nutzen. Aber sei's drum -- in der Schule werden diese Konstruktionen gerne und häufig gelehrt, und sie sind ja auch nicht falsch.
| Sebii32923 hat Folgendes geschrieben: | Hi,
Erklärung Ps verstehe ich größtenteils. Die Krümmung der Finger zeigt an, dass das Magentfeld in die Tischplatte geht ok. Aaaabber welche Rolle spielt der Magnet der über der Leiterschleife hängt dabei?
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Dieser Magnet verursacht das Magnetfeld, das zusammen mit der Bewegung des Leiters die Ursache für den Stromfluss im Leiter ist.
Von dem Magnetfeld interessiert nur der Teil der senkrecht durch die Leiterschleife trifft. Unsere Aufgabe besteht nur darin zu entscheiden, ob es "von unten nach oben" oder "von oben nach unten" durch den Magneten tritt.
| Zitat: | Dieser hat ja auch einen Einfluss? Der Teil mit dem Entgegenwirken habe ich nicht verstanden und warum es letztendlich aus der Tisch raus geht.
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Durch die Vergrößerung der Schleifenfläche vergrößern wir letztlich den Betrag des magnetischen Flusses, der vom Permanentmagneten herrührt:
- Wenn der Fluss nach unten in den Tisch hineinzeigt, wird durch die Flächenänderung der "Fluss nach unten" größer.
- Wenn der Fluss aus dem Tisch herauszeigt, wird durch die Flächenänderung der "Fluss nach oben" größer.
Was wir wissen ist, dass
1. der (induzierte) Strom erzeugt im Bereich der Schleife einen Fluss nach unten in den Tisch hinein; das wissen wir durch die Rechte-Handregel und
2. dieser Fluss wirkt seiner Ursache (der Flussänderung durch die Flächenvergrößerung) entgegenwirkt*.
Wenn ein Fluss "nach unten in den Tisch hinein" seiner Ursache -- der Flussänderung durch die Flächenvergrößerung -- entgegenwirkt, dann muss der ursprüngliche, allein durch den Magneten verursachte Fluss "nach oben" gezeigt haben, denn dessen Vergrößerung wirkt ja der Fluss nach unten gerade entgegen.
Viele Grüße
Michael
* Das kann man als eine Folgerung aus dem Energieerhaltungssatz sehen. Die Wirkung (der Stromfluss) wirkt der Ursache (Flussänderung) entgegen. Würde die Wirkung seine Ursache vergrößern, so würde sich der Fluss immer weiter vergrößern.
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Sebii32923
Anmeldungsdatum: 29.10.2022
Beiträge: 8
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| Sebii32923 Verfasst am: 30. Okt 2022 14:36 Titel: |
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Okay, vielen Dank für die Antworten. Ich denke, ich hab es einigermaßen verstanden.
Lg
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