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==Leere Seite==
 
 
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==Aufgaben zum Magnetfeld==
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[[Datei:Theraband.jpg|thumb|150px]]
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====1) Energiespeicher====
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Steffi trainiert mit einem Gummiband und zieht es auseinander. Das ist anstrengend und sie benötigt dazu Energie. Auch Martin braucht Energie, um zwei Magnete auseinander zu ziehen.
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<br>Erkläre für beide Fälle wo die Energie jetzt steckt und beschreibe für beide Fälle wie diese Energie wieder frei werden kann.
  
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====2) Ein Feld zeichnen====
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Hier siehst du verschiedene Darstellungsmöglichkeiten vom Magnetfeld eines Dauermagneten. Im linken Bild sind Bereiche von rot bis blau gefärbt, in denen das Feld stark bis schwach ist. Im rechten Bild sind die Feldlinien eingezeichnet.
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<br>Vergleiche die beiden Darstellungsmöglichkeiten mit Hilfe der Tabelle.
  
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==Praktikum: Bestimmung von Energie- und Entropiekapazität von Wasser und Wasserdampf==
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<gallery widths=250px heights=200px  perrow=4 >
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===Aufbau:===
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Bild:Magnetfeld Darstellung Stabmagnet verschiedene Darstellungen kleiner Ausschnitt Stabmagnet Feldstärke bunt.png|
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[[Bild:Versuchsaufbau_Energie_Entropiekapazität.jpg|thumb|right|Der Versuchsaufbau]]
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Bild:Magnetfeld Darstellung Stabmagnet verschiedene Darstellungen kleiner Ausschnitt Stabmagnet Feldlinien.png|
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:'''Materialien:'''
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</gallery>
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:1. Behälter(Plastikeimer ca. 1 Liter, Styroporbecher ca. 1/2 Liter, etc.)
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:2. 1 Tauchsieder (ca.230W/ca.1000W)
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:3. Bestimmte Menge Wasser
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:4. Stoppuhr
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:5. Waage
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:6. Leistungsmesser
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:7. Thermometer
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'''Zu messsen:'''
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{|class="wikitable" style="text-align: center"
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Das Ziel ist es, herauszufinden wieviel Entropie und Energie sich in Wasser und Wasserdampf befindet.
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|style="width:40%;border-style: solid; border-width: 4px "|
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!style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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Dazu erhitzt man eine gewisse Menge Wasser mit einem Tauchsieder und läßt es dann eine Weile kochen. Durch Messung der Leistung des Tauchsieders bestimmt man die zugeführte Energiermenge.
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Linkes Bild
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Während des Erwärmens wird ständig die Temperatur und die verstrichene Zeit gemessen und danach auch die Menge des verdampften Wassers bestimmt.
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!valign="top"; style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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Rechtes Bild
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:1) Erstelle zunächst ein Diagramm des zeitlichen Temperaturverlaufs T(t). (T ist die absolute Temperatur in Kelvin.) Wie interpretieren Sie den Verlauf?
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:2) Bestimme die Wärmeenergiekapazität und die Verdampfungsenergie von Wasser. (In der Chemie spricht man von Verdampfungsenthalpie oder der latenten Wärme.)
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:3) Berechne die Stärke des Entropiestroms bei einer Temperatur von 100°C. Berechne daraus wieviel Entropie man benötigt, um ein Kilogramm Wasser der Temperatur 100°C zu verdampfen.
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Stärke des Magnetfeldes
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:4) Trage in einem Diagramm die Entropiestromstärke (<math>I_S= \dot S</math>) über die Zeit auf. Bestimme daraus die Entropiemenge, die man bei der Erwärmung des Wassers benötigt hat.
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|style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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Richtung des Magnetfeldes
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|style=" text-align:right; border-style: solid; border-width: 4px "|
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Pole des Magneten
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|valign="top"; style="border-style: solid; border-width: 4px "|
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===Beobachtung:===
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====3) Feldlinien interpretieren====
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[[Bild:Diagramm.jpg|thumb|Theta/J.]]
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Die folgenden Bilder zeigen Eisenspäne, die über Magnete gestreut worden sind und einen kleinen Kompass.
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Die Temperatur nimmt mit der Zeit gleichmäßig zu. Deshalb nimmt auch die Energiemenge gleichmäßig zu!
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<br>'''a)''' "Magnetfeldlinien sind wie sich abstoßende Gummibänder." Erkläre damit die Anziehung und die Abstoßung der Pole.
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<br>'''b)''' Beschrifte mit Hilfe des Kompass die Pole der Magnete mit N und S. Begründe deine Wahl kurz schriftlich.
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<br>'''c)''' Überlege dir dann in welche Richtung die Kompassnadel in den Kreisen zeigt und zeichne diese ein.
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<gallery widths=200px heights=200px  perrow=2>
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Bild:Magnetfeld Eisenspäne ungleiche Pole Kompass 2 Ausschnitt mit leeren Kompassen.jpg
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Bild:Magnetfeld Eisenspäne gleiche Pole Kompass 2 Ausschnitt mit leeren Kompassen.jpg
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</gallery>
  
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Die Entropieströmung <math>I_S = I_E / T</math> nimmt mit der Zeit ab, weil der Energiestrom konstant bleibt. Das kann man vergleichen mit dem Aufpumpen eines Reifens mit konstanter Leistung. Durch die Zunahme der Druckdifferenz nimmt die Luftströmung ab. Oder mit dem Laden eines Kondensators mit konstanter Leistung. Durch die Zunahme der Spannung nimmt die Stromstärke ab.
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====4) Feldlinien zeichnen====
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In den folgenden Bildern sind die Pole der Magnete vorgegeben. Zeichne jeweils den Verlauf und die Richtung einiger Feldlinien ein. Ergänze anschließend (wie in Aufgabe 3), in welche Richtung die Kompassnadeln in den roten Kreisen zeigen.
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[[Datei:Magnetfeld Aufgabe Feldlinien Kompass zeichnen.png|center|400px]]
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[[Datei:Magnetfeld Aufgabe Feldlinien Kompass zeichnen NS.png|center|400px]]
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===Erklärung===
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[[Datei:Magnetfeld Aufgabe Feldlinien Kompass zeichnen NN.png|center|400px]]
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'''(1)''' Bei der Erwärmung ist die Energiezufuhr konstant. Die Wärmekapazität von Wasser ist die Energiemenge pro kg und pro Kelvin:
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<br style="clear: both" />
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:Energie in 20s: <math>E=288\,\rm W \cdot 20\, s = 5760\,\rm J</math>
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:Das kann man nun auf ein Kilogramm hochrechnen:
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                              Energie pro K: 1152J
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                              Für 1 Kg: 3879J
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Die Wärmekapazität von Wasser ist also ca. <math>3,9\frac{\rm kJ}{\rm kg \, K}</math>
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-->Man benötigt um Wasser zu erwärmen 3,9 kJ Enrgie pro Kilogramm und pro Kelvin
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'''(2)''' Bestimmung der hineingeflossenen Entropie
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====5) Kreuzende Feldlinien?====
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[[Image:Diagramm2.jpg|thumb|Die Änderung der Entropie, aufgetragen über die Zeit.]]
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Eine Kompassnadel richtet sich immer parallel zu den Feldlinien aus und zeigt in Richtung eines magnetischen Südpols.
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[[Bild:Funktion_Entropie_Temperatur_1kg_Wasser.jpg|thumb|Der Zusammenhang von Entropiegehalt und Temperatur bei 1kg Wasser.]]
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<br>'''a)''' Erkläre damit, warum der Verlauf der sich kreuzenden Feldlinien so nicht möglich ist.
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<br>'''b)''' Ergänze anschließend auf dem nächsten Bild die fehlenden Pole und zeichne den korrekten Verlauf der Feldlinien ein.
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<gallery widths=250px heights=250px  perrow=2 >
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Bild:Magnetfeldlinien-Falsch.jpg|
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Bild:Magnetfeldlinien-leer.jpg|
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</gallery>
  
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:Der Entropiefluss hängt über die Temperatur direkt mit dem Energiefluss zusammen:
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====6) Magnetisierungslinien und Feldlinien====
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:<math>I_E = T \cdot I_S \ \Leftrightarrow \ \dot E = T \cdot \dot S</math>
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'''a)''' Ergänze '''mit schwarzem Stift''' in folgendem Bild die '''Magnetisierungslinien''' im Inneren des Magneten.  
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:<math>\Rightarrow \dot S = \frac{1}{T} \cdot \dot E = \frac{1}{T} \cdot P  </math>
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<br>'''b)''' Ergänze außerdem '''mit rotem Stift die Feldlinien'''.
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:Man erhält die Entropiemenge, indem man über die Änderung der Entropie integriert. Dazu berechnet man <math>\frac{1}{T} \cdot P </math> für alle gemessenen Zeitpunkte und trägt es in einem Diagramm auf. Die Fläche unter dem Diagramm ist die hineingeflossene Entropiemenge. Offensichtlich benötigt man zu Beginn der Erwärmung mehr Entropie als am Ende.
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<br>Beschreibe darunter, wo die Magnetisierungslinien und die Feldlinien jeweils anfangen und aufhören.
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:Da die Abnahme des Entropiestrom annähernd linear verläuft, kann man ohne großen Fehler die mittlere Entropiestromstärke aus der mittleren Temperatur <math>\bar T</math> berechnen: <math>\bar I_S \approx P/{\bar T}</math>. Man erhält dann für die Zunahme der Entropie:
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[[Datei:Felder Stabmagnet nur hell dunkel.png|400px|center]]
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:<math>S =  \bar I_S \quad t = E / \bar T</math>
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:Die Entropiezunahme ist also ungefähr gleich der Energiemenge dividiert durch mittlere Temperatur.
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Aktuelle Version vom 19. Februar 2025, 19:04 Uhr

Aufgaben zum Magnetfeld

Theraband.jpg

1) Energiespeicher

Steffi trainiert mit einem Gummiband und zieht es auseinander. Das ist anstrengend und sie benötigt dazu Energie. Auch Martin braucht Energie, um zwei Magnete auseinander zu ziehen.
Erkläre für beide Fälle wo die Energie jetzt steckt und beschreibe für beide Fälle wie diese Energie wieder frei werden kann.

2) Ein Feld zeichnen

Hier siehst du verschiedene Darstellungsmöglichkeiten vom Magnetfeld eines Dauermagneten. Im linken Bild sind Bereiche von rot bis blau gefärbt, in denen das Feld stark bis schwach ist. Im rechten Bild sind die Feldlinien eingezeichnet.
Vergleiche die beiden Darstellungsmöglichkeiten mit Hilfe der Tabelle.

  • Magnetfeld Darstellung Stabmagnet verschiedene Darstellungen kleiner Ausschnitt Stabmagnet Feldstärke bunt.png
  • Magnetfeld Darstellung Stabmagnet verschiedene Darstellungen kleiner Ausschnitt Stabmagnet Feldlinien.png

Linkes Bild

Rechtes Bild

Stärke des Magnetfeldes

Richtung des Magnetfeldes

Pole des Magneten

3) Feldlinien interpretieren

Die folgenden Bilder zeigen Eisenspäne, die über Magnete gestreut worden sind und einen kleinen Kompass.
a) "Magnetfeldlinien sind wie sich abstoßende Gummibänder." Erkläre damit die Anziehung und die Abstoßung der Pole.
b) Beschrifte mit Hilfe des Kompass die Pole der Magnete mit N und S. Begründe deine Wahl kurz schriftlich.
c) Überlege dir dann in welche Richtung die Kompassnadel in den Kreisen zeigt und zeichne diese ein.

  • Magnetfeld Eisenspäne ungleiche Pole Kompass 2 Ausschnitt mit leeren Kompassen.jpg
  • Magnetfeld Eisenspäne gleiche Pole Kompass 2 Ausschnitt mit leeren Kompassen.jpg

4) Feldlinien zeichnen

In den folgenden Bildern sind die Pole der Magnete vorgegeben. Zeichne jeweils den Verlauf und die Richtung einiger Feldlinien ein. Ergänze anschließend (wie in Aufgabe 3), in welche Richtung die Kompassnadeln in den roten Kreisen zeigen.

Magnetfeld Aufgabe Feldlinien Kompass zeichnen.png
Magnetfeld Aufgabe Feldlinien Kompass zeichnen NS.png
Magnetfeld Aufgabe Feldlinien Kompass zeichnen NN.png


5) Kreuzende Feldlinien?

Eine Kompassnadel richtet sich immer parallel zu den Feldlinien aus und zeigt in Richtung eines magnetischen Südpols.
a) Erkläre damit, warum der Verlauf der sich kreuzenden Feldlinien so nicht möglich ist.
b) Ergänze anschließend auf dem nächsten Bild die fehlenden Pole und zeichne den korrekten Verlauf der Feldlinien ein.

  • Magnetfeldlinien-Falsch.jpg
  • Magnetfeldlinien-leer.jpg

6) Magnetisierungslinien und Feldlinien

a) Ergänze mit schwarzem Stift in folgendem Bild die Magnetisierungslinien im Inneren des Magneten.
b) Ergänze außerdem mit rotem Stift die Feldlinien.
Beschreibe darunter, wo die Magnetisierungslinien und die Feldlinien jeweils anfangen und aufhören.

Felder Stabmagnet nur hell dunkel.png
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