Rollmopswickelmaschine (Induktion, Lorentzkraft)

[Ricky]

Hallo alle zusammen,
ich habe mal wieder ein paar problemchen und zwar
handelt es sich dabei mal wieder um physikaufgaben.
ich habe heute folgende zwei aufgaben,bekommen,die
ich bis dienstag durchgearbeitet haben muss.
ich hab allerdings keine ahnung,was dort von mir
verlangt wird.
kann mir jemand von euch vielleicht dabei helfen?
(ich habe die aufgaben angehängt)
vielen lieben dank schonmal im vorraus!

(zweite Aufgabe abgespalten in diesen Thread)

[wishmoep]

Ja deine Gedanken zu den Aufgaben? (Ich würde sagen wir machen erst die 1 fertig und dann...)

[para]

Ich hab' der Übersicht halber die zweiten Aufgabe mal in einen eigenen Thread verschoben.

[Ricky]

ich hab wirklich keine ahnung zur aufgabe 1.
ich weiss nämlich garnicht ,wie diese maschine
funktionieren soll,denn nur zur betätigung des schalters
rollt der stab doch nicht von alleine und wickelt
den rollmops auf...?

[wishmoep]

Doch - tut er.
Wir haben einen Hufeisenmagneten - also ein (homogenes) Magnetfeld - und einen Stab - wahrscheinlich aus Metall - der von Strom durchflossen wird...
Was folgt daraus?

[Ricky]

ich denke,dass der stromdurchflossene stab selbst ein magnetfeld aufbaut,
welches nach der lenz'schen regel dem ursprünglichen entgegenegesetzt gerichtet ist oder?

[wishmoep]

Warum sagen wir nicht einfach Lorentzkraft? (Als Resultat dieser Lenz'schen Regel...)
Kraft auf einen bewegten Ladungsträger. Und elektrische Strom sind viele bewegte Ladungsträger.
Dazu macht man eigentlich auch oft einen Versuch, der genau so aufgebaut ist. Mit hohen Amperezahlen und ganz vielen Funkenüberschlägen.

In welche Richtung würde sich dann der Stab bewegen? In welche SOLL er sich aber bewegen?

[Ricky]

der stab soll sich doch in den hufeisenmagneten hinein
bewegen,also von vorne nach hinten,oder?
und mit der linken-hand-regel ergibt sich,dass
die lorentzkraft die elektronen von hinten nach vorne
wandern lässt (also mit von hinten nach vorne meine ich
von dem ende des stabes wo wickelstab steht zu
der nach uns gerichteten vorderen seite)

[wishmoep]

Die Lorentzkraft lässt die Elektronen doch nicht durch den Stab fließen...
Wo der Stab hinrollen soll hast du richtig erkannt.

Der (technische) Strom fließt vom + Pol der Batterie zum - Pol.
Nehmen wir jetzt die RHR - von plus nach minus den Daumen, von Nord nach Süd den Zeigefinger - und senkrecht zu beiden den Mittelfinger - wohin zeigt die Lorentzkraft?

technische Stromrichtung (positive Ladungsträger): Rechte Hand
physikalische Stromrichtung (negative Ladungsträger): Linke Hand

[bottom]

[Ricky]

ja aber wenn der stab durch die elektronen abgelenkt
wird dann müsste er doch in die richtung abgelenkt werden
in die die lorentzkraft wirkt,oder?
und das wäre ja dann nicht in den hufeisenmagneten hinein...

[wishmoep]

Ja das ist ja das Problem was absichtlich geschaffen wurde, damit du die Aufgabe bearbeiten kannst

[Ricky]

ja und wie kann man diesen fehler beheben?

[wishmoep]

Ja was lässt sich an der "Maschine" denn wohl am einfachsten ändern, wodurch man einen direkten Richtungswechsel der Lorentzkraft herbeiführen würde?

[bottom]

wodurch wird die richtung in die die lorentzkraft wirkt bestimmt? durch die richtung des b-feldes und durch....

edit: oh, da war du schneller ^^

[Ricky]

ja und durch die richtung des stromes.
aber die lorentzkraft wirkt doch immer entlang
des stabes egal welche änderung man vornimmt.
sie wikrt doch nie in die richtung ,in die der stab
rollen soll,also in den hufeisenmagneten hinein...

[wishmoep]

Bitte?

Nehmen wir folgendes auf: Wir schauen von oben auf die Apparatur.
Das Magnetfeld geht also in die Zeichenebene hinein. Der technische Strom fließt von unten nach oben. In welche Richtung zeigt die Lorentzkraft? Oben, unten, links, rechts, aus der Zeichenebene hinaus, in die Zeichenebene hinein?

[Ricky]

die lorentzkraft würde doch dann nach links wirken,oder?
aber wieso wirkt der technische strom von unten
nach oben?

[wishmoep]

Strom wirkt nicht - der fließt.

Die technische Stromrichtung ist so definiert, dass man sie vom + zum - Pol nimmt. Also "positive" Ladungsträger.
Das wurde mal so eingeführt - warum gibts das immer noch? Weil es funktioniert. Will man nun explizit nur die Elektronen betrachten und mit dem Daumen genau deren Bewegungsrichtung (physikalische Stromrichtung) anzeigen, so muss man die linke Hand nehmen.

Nach links ist außerdem richtig - also wie könnte man sie nach rechts wirken lassen?

[bottom]

[Ricky]

achso du meintest mit von oben betrachtet.
nur den stab. und dann wirkt fließt der technische strom
von unten nach oben. das magentfeld in die zeichenebene
hinein und die lorentzkraft wirkt nach links.
wenn man nun die stromrichtung ändern würde,
könnte man eine lorentzkraft erreichen,die nacht rechts
wirkt. oder man ändert das B-Feld also aus der zeichenebene
hinaus.
ich hab dazu mal eine zeichnung gemacht.

[wishmoep]

Richtig!
Einfacher als den "riesigen" Hufeisenmagneten umzudrehen wäre aber wahrscheinlich einfach umzupolen .

[Ricky]

ok und wenn man diese fehler behoben hätte dann gilt
für aufgabenteil b:

Wenn man den Strom einschaltet, dann wirkt auf die bewegten
Ladungträger im Stab die lorentzkraft. Diese ist für die Ablenkung
des Stabes, in den Hufeisenmagneten hinein, verantwortlich.
Somit kann nun der Rollmops, welcher am Wickelstab befestigt ist,
mit aufgerollt werden, wenn dieser durch die Lorentzkraft in den Hufeisenmagneten hinein abgelenkt wird.

Ist das so richtig zur Funktionsweise?

[wishmoep]

Ich denke schon ja.
Vielleicht sollte man u.U. die Isolierung noch erwähnen aber is eher nebensächlich.

[Ricky]

wozu ist die isolierung in diesem fall denn eigentlich da?
und was ist mit aufgabenteil c ?

[wishmoep]

Die Isolierung ist dafür da, dass der Strom von der einen Seite nicht durch den Hufeisenmagneten zur anderen Seite fließt.

[Ricky]

ich meine zu aufgabenteil c:

also die kupferstangen können nicht durch gurken ersetzt werden,
da die kupferstangen den strom leiten und somit ja erst der
strom durch den wikelstab fließen kann.
ohne diesen leiter würde ja nichts passieren,oder?

[Ricky]

ja ok aber warum ist es so wichtig,dass
der strom nicht durch den hufeisenmagnet fließt?

[wishmoep]

Wenn du die Kontakte in die Gurke reinsteckst würde das unter Umständen funktionieren.
Ist ja immerhin Flüssigkeit drin, die das leiten könnte. Ist aber sehr... sehr... unpraktikabel. Da hätte man einen zu hohen Widerstand, sodass zu wenig Strom fließt, was zur Folge hat, dass die Lorentzkraft viel kleiner wird.

[Ricky]

also könnte ich bei aufgabenteil c so argumentieren,
wie ich es getan habe.oder?

[wishmoep]

Gegenfrage zu deiner Frage über die Wichtigkeit der Isolierung: Was ist der Unterschied zwischen: Man steckt einen Phasenprüfer oder einen Stahlstift in die Steckdose?
Weiter: Hast du überhaupt richtig verstanden was man erreichen will? Hoffe ich doch. Warum wäre das dann kontraproduktiv?

Und zu c) muss man einfach sagen, dass es nicht möglich ist, wenn die Leitfähigkeit der Gurke zu klein ist. Wie das aber wirklich aussieht - wegen der Essigsäure da drin und so mh - keine Ahnung genau.

[Ricky]

ja also man will erreichen, dass die lorentzkraft ,welche
aus dem fließenden strom resultiert, den stab so
ablenkt,dass dieser den rollmops aufwickelt.
und damit dies passiert muss der stab eben in den
hufeisenmagnet hinein abgelenkt werden.
aber was das jetzt mit der isolierung zu tun hat
und damit ,dass es ohne sie kontraproduktiv wäre
weiss ich nicht.

[wishmoep]

Wenn der Strom anstatt durch den Leiter durch den Hufeisenmagneten fließt, was ist dann ?

[Ricky]

ja dann kann der stab nicht abgelenkt werden und
das system würde nicht funktionieren.
aber ich meinte nicht ,wenn der strom statt durch
den leiter durch den hufeisenmagnet fließt sondern
wenn er sowohl durch den leiter als auch durch
den magneten fließt. ist das trotzdem kontraproduktiv?

[Ricky]

was ich mich gerade mal gefragt habe.
was soll überhaupt durch eine essiggurke ersetzt werden
der wickelstab oder die kupferrechtecke an denen
die kontakte angebracht sind?

[wishmoep]

Der Stab.
Und natürlich ist das kontraproduktiv. Die Batterie ist schneller leer und du hast wahrscheinlich weniger Stromfluss durch den Stab. Ganz abgesehen von Randeffekten durch den Stromfluss durch den Magneten...

[Ricky]

ok vielen lieben dank.
und was ist jetzt mit aufgabenteil d also ,wenn
man doch eine essiggurke verwenden würde.
wieso könnte man dann die batterie weglassen?
und welche änderung müsste man noch vornehmen?

[Ricky]

kann mir bitte jemand helfen...?

[Ricky]

hallo noch jemand da?

[schnudl]

Rein theoretisch könnte man eine Essiggurke nehmen, wenn man ihre beiden Seiten auf verschieden edle Metalle legt, die jeweils in einer wässrigen Lösung aus ihren eigenen Ionen sitzen. Durch die Ionenbrücke "Salzgurke" wird es zu einer Oxidation des unedleren Metalls und einer Reduktion des anderen kommen, was einem Stromfluss durch die Gurke gleichkommt.