Physik Hausaufgabe 12 GK - Magnetisches Feld

Wissenschaft Physik
#1

Schönen guten Tag,

also ich bin in der 12 Klasse und besuche den Physik Grundkurs.
Mein Problem wird viele hier gnadenlos unterfordern, trotzdem bitte ich um Hilfe :stuck_out_tongue:

Also es dreht sich um eine simple Aufgabe, die Teil meiner Hausaufgabe ist, und da ich ein :stuck_out_tongue: sehr bemühter :stuck_out_tongue: Schüler bin, wollte ich euch um Hilfe bitten, da ich selbst nicht weiterkomme.

Wir behandeln momentan die magnetische Feldstärke.

Wir haben diese magnetische Feldstärke als B bezeichnet, wobei ich in vielen online-Erklärungen (ja ich habe vorm Post gestörbert) die Bezeichnung H finde. Wahrscheinlich bin ich blos zu dumm den Unterschied zu erkennen, naja auf jeden Fall sind die einzigen Formeln die wir kennen, da wir erst am Anfang des Themas stehen, F=BxIxs (Kraft im magnetischen Feld ist proportional zur Stromstärke und Länge und B ist der variierende Faktor - nämlich die magnetische Feldstärke) und F=BxQxv (logischerweise da I=Q/t ist und dadurch s/t in der Gleichung durch v ersetzt werden kann).

Mit Windungen und dem Feld innerhalb einer Spule, haben wir uns nicht beschäftigt, jedoch mit dem Aufbau un der Funktion der Stromwaage!

Ich bitte nicht nur um einen Ansatz, sondern bitte auch einen Rechenweg mit Lösung damit sogar ich es kapiere :stuck_out_tongue:
Vielen Dank schonmal bevor ich es vergesse.
Nun die Aufgabenstellung und mein Problem, wie folgt:

„Bei einer Stromwaage soll eine rechteckige Prüfspule mit ihrer 5 cm langen Seite in den engen Spalt des homogenen Feldes eines Elektromagneten eintauchen. Zunächst hängt die Spule mit n=50 Windungen austariert an dem Balken einer Waage. Fließt durch die Prüfspule ein Strom der Stärke 100 mA, so ist die Kraft F=6,25mN notwendig um sie in ihrer ursprünglichen Gleichgewichtslage zu halten. Bestimmen die die Feldstärke des homogenen Magnetfeldes!“

Also mit meinen Formeln komm ich nicht weiter. Durch Stöbern im Buch und Internet stieß ich auf die Formel B=Ix(n/l), wobei mir von der Aufgabenstellung her eine Formel ohne gleichsetzen zu stupide erscheint. Desweiteren verwende ich nicht die gegebene Kraft - und in dem Buch sind Angaben eigentlich immer nicht überflüssig.

Danke für eure Zeit!
Gruss JJK

#2

Hallo,

F = B I s\quad\Rightarrow\quad B =:?

Überzeuge Dich davon, dass Du alle Größen auf der rechten Seite der B-Gleichung gegeben hast. Die 50 Windungen berücksichtigst Du logischerweise dadurch, indem Du für I nicht den 100 mA-Strom durch den Draht, sondern das 50-fache davon einsetzt.

Reicht das als Hilfestellung?

Gruß
Martin

#3

Hey,
zuerst Danke für deine Info!

heißt das dann, dass ich mit B= F/Ixs arbeite und I aufgrund der 50 Windungen mal 50 nehme also 5000mA?

wenn das stimmt dann bräuchte ich blos bitte noch eine solide Begründung für meinen Lehrer, warum ich die Stromstärke einfach mal 50 nehmen kann um diese somit in die Gleichung zu integrieren.
Danke

#4

wenn das stimmt…

Si, si.

…dann bräuchte ich blos bitte noch eine solide Begründung für
meinen Lehrer, warum ich die Stromstärke einfach mal 50 nehmen kann
um diese somit in die Gleichung zu integrieren.

Na, im Magnetfeld befindet sich ein Bündel aus 50 Adern, von denen jede 100 mA führt. Dann ist doch klar, dass durch den Querschnitt des Bündels insgesamt 50 · 100 mA fließen, wa?

(Und ja: Wenn Du die Windungszahl auf 500 erhöhen würdest, würde sich der Bündelstrom verzehnfachen und die Kraft auf die Spule würde sich auch verzehnfachen. Du könntest mit ihr also tatsächlich ein zehnmal so großes Gewicht heben. Trotzdem ist es (selbstverständlich) kein Perpetuum Mobile. Denn: Irgendeine Quelle, z. B. ein Akku, muss dafür sorgen, dass der Strom fließt. Zwischen den Polen dieser Quelle besteht eine Spannung. Andererseits bewegt sich die Spule beim Hebevorgang im Magnetfeld, d. h. sie hat währenddessen eine endlich große Geschwindigkeit. Dabei wird in ihr eine Spannung induziert und zwar in Gegenrichtung zur Quellenspannung. Gegen diese Spannung muss die Quelle zum Heben der Last arbeiten. Dummerweise ist die Induktionsspannung aber proportional zur Windungszahl. Deshalb wird die Quelle durch eine Spule mit mehr Windungen mehr belastet, genauer: Das Heben der zehnfachen Last ist möglich, aber die Quelle muss dazu die zehnfache Energie aufbringen. Der Energiesatz stimmt also auch hier. Alles klar? :smile:)

#5

perfekt!

Danke Martin, du hast mir super weitergeholfen!

Und auch so schnell - ich bin jetzt vollends glücklich =)

Gruß
Jacob

#6

Hallo Jakob

erlaube mir noch eine kleine Ergänzung zum Verständnis:
B ist die Flußdichte, H ist die Feldstärke.
Bei der Formel F (Kraft) = B*I*s ist B die Flußdichte, I der Strom und s die Länge des Leiters, der sich im Magnetfeld befindet (das findest Du auch bei Wikipedia unter Magnetische Flußdichte).
Wenn bei Deiner Aufgabe die rechteckige Spule mit einer Seitenlänge von 5cm angegeben ist, bedeutet das, daß sie quadratisch ist und 1 Windung die Länge 4*5cm = 20cm hat. Wenn nun 50 Windungen vorhanden sind, so ist der Draht 50 mal länger und die Länge s des Drahtes wird mit 20cm*50 gerechnet. Der Strom von 100mA ist im gesamten Draht gleich. Der Zuwachs an Kraft kommt von dem längeren Draht, der, um Platz zu sparen, als Spule gewickelt ist.
Beim Rechnen achte unbedingt auf die Dimensionen. Die Flußdichte B wird in T (Tesla)angegeben, wobei ich denke, daß Du mit Milli umgehen kannst. Die Drahtlänge muß in m, der Strom in A verwendet werden. Bei der Rechnung nach B erhältst Du (N = kg*m/sec2) als Dimension kg/(A*sec2) was gleichbedeutend mit Tesla ist (findest Du auch bei Wiki).

Gruß
Günther

#7

Hallo Günther44,

nun 50 Windungen vorhanden sind, so ist der Draht 50 mal
länger und die Länge s des Drahtes wird mit 20cm*50 gerechnet.
Der Strom von 100mA ist im gesamten Draht gleich. Der Zuwachs
an Kraft kommt von dem längeren Draht, der, um Platz zu
sparen, als Spule gewickelt ist.

ja :smile: auch diese Interpretation ist OK. Man kann die Windungszahl n sowohl auf I schieben (n-facher Strom durch das s lange Bündel) als auch auf s (n mal so langer von I durchflossener Draht).

Gruß
Martin

#8

danke danke :stuck_out_tongue:

ich war heute der Einzige, beim Vergleichen der Hausaufgaben, der nicht einfach die Windungen ignoriert hatte und somit die richtige Lösung vorstellen konnte =)

Danke