Lernzirkel: Induktion: Unterschied zwischen den Versionen
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| + | Zunächst wird eine Glimmlampe an eine Spannung von 30 Volt angeschlossen. | ||
| + | Danach an eine Spannung von ca. 100 Volt. | ||
| + | Danach wird eine Spule (630Hy/280Ohm) über einen Schalter und ein Ampèremeter an die Spannungsquelle angeschlossen. Die Glimmlampe wird parallel zur Spule angeschlossen und der Schalter geschlossen und geöffnet. | ||
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| + | ==Ein elektrisches Wirbelfeld (2. Maxwellsche Gleichung)== | ||
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| + | ====Aufbau==== | ||
| + | Eine mit Neon gefüllte Glaskugel ist von einer Ringspule umgeben. Man legt eine hochfrequente (ca.10000Hz) Welchselspannung mit etwa 400 V an die Spule und erzeugt so ein sich schnell änderndes torusförmiges magnetisches Wechselfeld. | ||
| + | <gallery widths=150px heights=130px perrow=4 > | ||
| + | Bild:Elektrisches_Wirbelfeld_Versuchsaufbau.jpg|Bild 1 | ||
| + | Bild:Elektrisches_Wirbelfeld_Versuchsaufbau_Rückseite.jpg|Rückseite der Geräte | ||
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| + | ==Induktionsspule und Permanentmagnet== | ||
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| + | :1 Permanentmagnet, 2 Spulen mit 600 und 10000 Windungen, 1 kleines Messgerät, Kabel | ||
| + | ;Aufbau | ||
| + | :Schließen Sie die Spule mit 600 Windungen an das Messgerät an. | ||
| + | :a) Bewegen Sie den Magneten auf die Spule zu oder von ihr weg. | ||
| + | :*Wie läßt sich die Beobachtung mit dem Induktionsgesetz erklären? | ||
| + | :Drehe den Magneten oder die Spule um 180° und wiederhole den Versuch. | ||
| + | :*Von welchen Bedingungen hängt die Polung der induzierten Spannung ab? | ||
| + | :b) Untersuchen Sie nun wovon die Höhe der Induktionsspannung abhängt. | ||
| + | :Ändern Sie dazu die Geschwindigkeit mit der Sie den Magneten bewegen und die Anzahl der Windungen der Spule. Messen Sie jeweils die Spannungen und tragen Sie sie in die Tabelle ein. | ||
| + | 600 Windungen 10000 Windungen | ||
| + | Langsam | ||
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| + | :*Welchen Zusammenhang zwischen Windungszahl und Induktionsspannung vermuten Sie? | ||
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| + | ==Induktionsspule und Elektromagnet== | ||
| + | ;Material | ||
| + | :1Trafo, 2 Spulen (600 und 10000 Windungen), Kabel, 1Kompass, 1Permanentmagnet, 1Messgerät | ||
| + | ;Aufbau | ||
| + | :Lassen Sie durch die 600er Spule einen Strom der Stärke 2 Ampére fließen. (Nicht die 10000er, sie verträgt nur kleine Stromstärken!) | ||
| + | :Schließen Sie die 1000er Spule an das Messgerät an. | ||
| + | ;Durchführung | ||
| + | :a) Untersuchen Sie mit dem Kompass die Struktur des Magnetfeldes. | ||
| + | :*Wie verlaufen die Feldlinien? Können Sie den Verlauf mit der rechten-Hand-Regel erklären? | ||
| + | :b) Bewegen Sie den Elektromagneten auf die 10000er Spule zu oder von ihr weg. | ||
| + | :Drehen Sie den Elektromagneten und wiederholen Sie den Versuch. | ||
| + | :*Von welchen Bedingungen hängt die Polung der Induktionsspannung ab? | ||
| + | :c) Untersuchen Sie nun die Höhe der Induktionsspannung. Ändern Sie dazu die Geschwindigkeit mit der Sie den Elektromagneten bewegen, die Stromstärke des Elektromagneten und die Windungszahl der Induktionsspule. | ||
| + | :*Notieren Sie Ihre Ergebnisse und erklären Sie diese. | ||
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| + | ==Induktionsspule mit Eisenkern== | ||
| + | ;Aufbau | ||
| + | :lange Eisenstange in die Induktionsspule, Permanentmagnet wird der Stange in großem Abstand zur Indunktionsspule genähert oder Entfernt. | ||
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| + | ==Elektromagnet mit Eisenspule== | ||
| + | ;Aufbau | ||
| + | :Ein Eisenkern wird in den Elektromagneten geschoben oder herausgezogen. | ||
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| + | ==Elektromagnet mit Wechselstrom (Transformator)== | ||
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| + | ;Aufbau | ||
| + | :gleiche Windungsanzahl oder unterschiedliche (500 oder 1000) | ||
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| + | Primär- und Sekundärspule | ||
| + | Eine Primärspule ist an einen Funktionsgenerator angeschlossen, der wahlweise eine Sinus-, Rechtecks- | ||
| + | bzw. Dreiecksspannung liefern kann. Diese Spannung kann man mit einem Oszilloskop ( Kanal 1 ) | ||
| + | beobachten. Die in der Sekundärspule induziert Spannung beobachtet man mit dem Kanal 2 des | ||
| + | Oszilloskops. | ||
| + | Erstellen Sie eine Schaltskizze | ||
| + | Untersuchen und erklären Sie den Zusammenhang der beiden beobachteten Spannungen | ||
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| + | ===Der Fahrraddynamo=== | ||
| + | vergrößern ? | ||
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| + | Schalter auf und zu mit Lampe | ||
Version vom 15. September 2012, 18:05 Uhr
Inhaltsverzeichnis
- 1 Technische Geräte verstehen
- 2 Veranschaulichung des Induktionsgesetzes
- 3 Rechnerische Anwendung des Induktionsgesetzes (magnetische Feldkonstante)
- 4 Energieübertragung mit Induktion
- 4.1 Ein Magnet im freien Fall
- 4.2 Schwingender Magnet
- 4.3 Der Kurbel-Generator (Dynamot)
- 4.4 Der belastete Transformator
- 4.5 Die Induktionskochplatte
- 4.6 Der Katapultring
- 4.7 Die Ringschaukel
- 4.8 Das Waltenhofsche Pendel
- 4.9 Das angetriebene und gebremste Teelicht
- 4.10 Der zähe frei Fall
- 4.11 Die gebremste Scheibe
- 5 Energiehalt des magnetischen Feldes und magnetisierter Gegenstände
- 6 Ein elektrisches Wirbelfeld (2. Maxwellsche Gleichung)
- 7 Induktionsspule und Permanentmagnet
- 8 Induktionsspule und Elektromagnet
- 9 Induktionsspule mit Eisenkern
- 10 Elektromagnet mit Eisenspule
- 11 Elektromagnet mit Wechselstrom (Transformator)
Technische Geräte verstehen
Taschenlampe mit Generator
Eine elektrische Zahnbürste
Der Dynamo eines Fahrrades
Ein Elektromotor als Generator
- Aufbau
- Generator von Leybold
Veranschaulichung des Induktionsgesetzes
Ein Kabel im Magnetfeld
- Aufbau
- langes Kabel, Messverstärker, Hufeisenmagnet
- Mit einer Kabelschleife:
- 1) In das Feld rein und raus, verschiedene Winkel
- 2) Schleife im Feld verkleinern oder vergrößern
- 3) Schleife im Feld drehen
===Drehbare Spule im Magnetfeld=== ?????????
Rechnerische Anwendung des Induktionsgesetzes (magnetische Feldkonstante)
Energieübertragung mit Induktion
Ein Magnet im freien Fall
- Material
- 1 Kupferrohr, 2 Stahlkugeln, 1 kugelförmiger Neodymmagnet
Schwingender Magnet
Der Kurbel-Generator (Dynamot)
Man dreht den Dynamo, um die Lampe zum Leuchten zu bringen und jeman schaltet die Lampe an und aus. (Schließt und öffnet den Stromkreis.
Der belastete Transformator
vergrößern
Die Induktionskochplatte
Aufbau
Auf eine Induktonskochplatte wird eine Stück Alufolie gelegt und die Platte eingeschaltet.
Die Kochplatte ist mit Hilfe von 4 Spulen nachgebaut worden. Die Spulen haben 500 Windungen, je 2 sind parallel und diese wieder in Reihe geschaltet und mit der Netzspannung verbunden. An jeder Spule liegt also die halbe Netzspannung an. (Schaltet man alle Spulen parallel, so ist der Effekt zwar größer, aber die Sicherung springt ständig raus :) Die 4 Eisenstangen dienen nur der Stabilisierung der Platte.
Auf die Eisenkerne wird eine Aluplatte gelegt und der Strom eingeschaltet.
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Der Katapultring
Die Ringschaukel
- Mit Permanentmagnet
- Mit Elektromagnet
Das Waltenhofsche Pendel
Mit und ohne Schlitz im Ring
Rechteck und Kamm
Wie fließt der Strom?
Das angetriebene und gebremste Teelicht
Der zähe frei Fall
Die gebremste Scheibe
Energiehalt des magnetischen Feldes und magnetisierter Gegenstände
Selbstinduktion beim Ein- und Ausschalten des Stroms in einer Spule
Versuch: Anschalten einer Lampe
Aufbau
Eine Spule (630Hy/280Ohm), eine Lampe (12V/0,1A) und ein Schalter sind in Reihe an eine Spannung von 30 Volt angeschlossen. Man schaltet ein und aus.
Versuch: Ausschalten eines Stromkreises
Aufbau
Zunächst wird eine Glimmlampe an eine Spannung von 30 Volt angeschlossen. Danach an eine Spannung von ca. 100 Volt. Danach wird eine Spule (630Hy/280Ohm) über einen Schalter und ein Ampèremeter an die Spannungsquelle angeschlossen. Die Glimmlampe wird parallel zur Spule angeschlossen und der Schalter geschlossen und geöffnet.
Ein elektrisches Wirbelfeld (2. Maxwellsche Gleichung)
Elektrodenlose Ringentladung
Eine Ringspule wird an eine hochfrequente Wechselspannungsquelle angeschlossen ( im MHz-Bereich ) . In der Spule befindet sich eine Glaskugel, die mit Gas von geringem Druck gefüllt ist. Die Wechselspannung wird eingeschaltet und in die Nähe der Glaskugel wird ein durch Reibung elektrostatisch geladener Stab gebracht. Möglicherweise müssen Sie diesen Vorgang mehrfach wiederholen.
Beschreiben Sie Ihre Beobachtungen Erklären Sie Ihre Beobachtungen
Versuch: Elektrisches Wirbelfeld
Aufbau
Eine mit Neon gefüllte Glaskugel ist von einer Ringspule umgeben. Man legt eine hochfrequente (ca.10000Hz) Welchselspannung mit etwa 400 V an die Spule und erzeugt so ein sich schnell änderndes torusförmiges magnetisches Wechselfeld.
Bild 1
Rückseite der Geräte
Induktionsspule und Permanentmagnet
- Material
- 1 Permanentmagnet, 2 Spulen mit 600 und 10000 Windungen, 1 kleines Messgerät, Kabel
- Aufbau
- Schließen Sie die Spule mit 600 Windungen an das Messgerät an.
- a) Bewegen Sie den Magneten auf die Spule zu oder von ihr weg.
- Wie läßt sich die Beobachtung mit dem Induktionsgesetz erklären?
- Drehe den Magneten oder die Spule um 180° und wiederhole den Versuch.
- Von welchen Bedingungen hängt die Polung der induzierten Spannung ab?
- b) Untersuchen Sie nun wovon die Höhe der Induktionsspannung abhängt.
- Ändern Sie dazu die Geschwindigkeit mit der Sie den Magneten bewegen und die Anzahl der Windungen der Spule. Messen Sie jeweils die Spannungen und tragen Sie sie in die Tabelle ein.
600 Windungen 10000 Windungen Langsam Schnell
- Welchen Zusammenhang zwischen Windungszahl und Induktionsspannung vermuten Sie?
Induktionsspule und Elektromagnet
- Material
- 1Trafo, 2 Spulen (600 und 10000 Windungen), Kabel, 1Kompass, 1Permanentmagnet, 1Messgerät
- Aufbau
- Lassen Sie durch die 600er Spule einen Strom der Stärke 2 Ampére fließen. (Nicht die 10000er, sie verträgt nur kleine Stromstärken!)
- Schließen Sie die 1000er Spule an das Messgerät an.
- Durchführung
- a) Untersuchen Sie mit dem Kompass die Struktur des Magnetfeldes.
- Wie verlaufen die Feldlinien? Können Sie den Verlauf mit der rechten-Hand-Regel erklären?
- b) Bewegen Sie den Elektromagneten auf die 10000er Spule zu oder von ihr weg.
- Drehen Sie den Elektromagneten und wiederholen Sie den Versuch.
- Von welchen Bedingungen hängt die Polung der Induktionsspannung ab?
- c) Untersuchen Sie nun die Höhe der Induktionsspannung. Ändern Sie dazu die Geschwindigkeit mit der Sie den Elektromagneten bewegen, die Stromstärke des Elektromagneten und die Windungszahl der Induktionsspule.
- Notieren Sie Ihre Ergebnisse und erklären Sie diese.
Induktionsspule mit Eisenkern
- Aufbau
- lange Eisenstange in die Induktionsspule, Permanentmagnet wird der Stange in großem Abstand zur Indunktionsspule genähert oder Entfernt.
Elektromagnet mit Eisenspule
- Aufbau
- Ein Eisenkern wird in den Elektromagneten geschoben oder herausgezogen.
Elektromagnet mit Wechselstrom (Transformator)
- Aufbau
- gleiche Windungsanzahl oder unterschiedliche (500 oder 1000)
Primär- und Sekundärspule Eine Primärspule ist an einen Funktionsgenerator angeschlossen, der wahlweise eine Sinus-, Rechtecks- bzw. Dreiecksspannung liefern kann. Diese Spannung kann man mit einem Oszilloskop ( Kanal 1 ) beobachten. Die in der Sekundärspule induziert Spannung beobachtet man mit dem Kanal 2 des Oszilloskops.
Erstellen Sie eine Schaltskizze Untersuchen und erklären Sie den Zusammenhang der beiden beobachteten Spannungen
Der Fahrraddynamo
vergrößern ?
Schalter auf und zu mit Lampe
