Physik-LK · Skript 3 · Elektrizitätslehre

Leiterrahmen im Magnetfeld

Ein rechteckiger Leiterrahmen mit n Windungen wird mit konstanter Geschwindigkeit v durch ein begrenztes homogenes Magnetfeld gezogen. Solange sich der magnetische Fluss Φ = B · A ändert, wird eine Spannung induziert: U_ind = −n · Φ̇ = −n · B · h · v beim Eintauchen, mit umgekehrtem Vorzeichen beim Austreten. Ist der Rahmen geschlossen, fließt ein Strom, der die Bewegung bremst (Lenzsche Regel).

So gehst du vor

1Wähle Flussdichte, Windungszahl und Geschwindigkeit.
2Tippe „Start“. Der Rahmen fährt durch das Feld; unten zeichnen die Diagramme Φ und U_ind auf.
3Nach der Fahrt „v und größte Spannung in die Tabelle“ tippen.
4Wiederhole mit mindestens vier anderen Geschwindigkeiten.
5Lenzsche Regel: „Rahmen geschlossen“ einschalten und den Rahmen mit dem Finger ins Feld und wieder hinaus ziehen.

Induktionsspannung

0,0 mV

größter Betrag (letzte Fahrt)

–,– mV

Flussdichte B

0,20 T

Windungszahl n

Geschwindigkeit v

4,0 cms

Breite des Feldes

Die Rahmenhöhe h = 6 cm liegt ganz im Feld. Beim Ziehen von Hand siehst du, wie die Spannung von der Geschwindigkeit abhängt.

Flussdichte aus der Induktionsspannung: U_ind über v

Feld, Windungszahl und Rahmen während der Messreihe nicht ändern. Aus U_ind = n · B · h · v folgt B aus der Steigung.

Nr.	Geschwindigkeit v in cms	Spannung U_ind in mV

Aufträge

Starte eine Fahrt. Skizziere Φ(t) und U_ind(t) und erkläre jeden Abschnitt.
Warum ist die Spannung null, solange der Rahmen ganz im Feld steckt? Was ändert sich beim schmalen Feld?
Miss die größte Spannung für fünf Geschwindigkeiten und bestimme B aus der Tabelle. Vergleiche mit der Einstellung.
Verdopple n, dann B. Sage das Ergebnis vorher und prüfe.
Schließe den Rahmen und ziehe ihn von Hand. In welche Richtung fließt der Strom beim Ein- und Austauchen, wohin zeigt die Kraft? Begründe mit der Lenzschen Regel.

Theorie: E-Lehre-Skript, Abschnitte „Der Leiterrahmen im begrenzten Feld“, „Magnetischer Fluss und Induktionsgesetz“ und „Die Lenzsche Regel“.