In­duk­ti­on bei ro­tie­ren­dem Ma­gne­ten

Bezug zum Bil­dungs­plan

4. Spe­zi­fi­sches Me­tho­den­re­per­toire der Phy­sik

1. Die SuS kön­nen Zu­sam­men­hän­ge zwi­schen phy­si­ka­li­schen Grö­ßen un­ter­su­chen.
2. Die SuS kön­nen Ex­pe­ri­men­te unter An­lei­tung pla­nen, durch­füh­ren, aus­wer­ten, gra­fisch ver­an­schau­li­chen und ein­fa­che Feh­ler­be­trach­tun­gen vor­neh­men.
3. Die SuS kön­nen com­pu­ter­un­ter­stütz­te Mess­wert­er­fas­sungs- und Aus­wer­tungs­sys­te­me im Prak­ti­kum selbst­stän­dig ein­set­zen.

9. Struk­tu­ren und Ana­lo­gi­en

1. Die SuS kön­nen das ma­gne­ti­sche und elek­tri­sche Feld als phy­si­ka­li­sches Sys­tem be­schrei­ben und die Grund­la­gen der Max­well­theo­rie ver­ste­hen, in der die Elek­tro­dy­na­mik auf vier Aus­sa­gen zu­rück­ge­führt wird.

Grund­kennt­nis­se wer­den bei fol­gen­den The­men er­war­tet:
In­hal­te:
In­duk­ti­on

8. Grund­le­gen­de phy­si­ka­li­sche Grö­ßen

Die SuS kön­nen mit wei­te­ren grund­le­gen­den phy­si­ka­li­schen Grö­ßen um­ge­hen: ma­gne­ti­sche Fluss­dich­te.

Un­ter­richt­li­cher Zu­sam­men­hang

Ein­satz im Prak­ti­kum der Kurs­stu­fe

Pro­blem­stel­lung

Durch einen sich dre­hen­den Stab­ma­gne­ten wird in einer fest­ste­hen­den Spule eine Span­nung er­zeugt. Er­klä­ren Sie das Zu­stan­de­kom­men die­ser Span­nung.

Ziel

Durch ei­ge­nes Ex­pe­ri­men­tie­ren wer­den Sie Hy­po­the­sen zum zeit­li­chen Ver­lauf der in­du­zier­ten Span­nung über­prü­fen. Da­durch ver­tie­fen Sie Ihre Kennt­nis­se zur elek­tro­ma­gne­ti­schen In­duk­ti­on und ge­win­nen zu­neh­mend Si­cher­heit im Um­gang mit dem Mess­wert­er­fas­sungs­sys­tem CASSY.

Auf­ga­ben­stel­lung

Las­sen Sie einen Stab­ma­gne­ten um seine Quer­ach­se ro­tie­ren. Re­gis­trie­ren Sie die in­du­zier­te Span­nung in einer da­ne­ben­ste­hen­den Spule mit CASSY.

Ge­rä­te

Note­book
1	Po­cket-CASSY (524 006) mit USB-Kabel
1	UIP-Sen­sor S (524 0621)
1	Stab­ma­gnet, Faden, Sta­tiv­ma­te­ri­al, al­ter­na­tiv: Stab­ma­gnet mit Dreh­tisch­chen
1	Spule 1000 Win­dun­gen (590 84)

Evtl. Ma­gnet­feld­sen­sor [z.B. Axia­le B-Sonde S (524 0383) oder Kombi-B-Sonde S (524 0381)] + 1 Po­cket-CASSY (524006) mit USB-Kabel

Auf­bau

Be­fes­ti­gen Sie den Stab­ma­gne­ten mit einem Faden so an Sta­tiv­ma­te­ri­al, dass der Stab­ma­gnet durch An­sto­ßen leicht um seine Quer­ach­se ro­tie­ren kann (siehe Ab­bil­dung).

Stel­len Sie neben dem Ma­gne­ten eine Spule auf, so dass das Ma­gnet­feld des Stab­ma­gne­ten bei der Ro­ta­ti­on die Spu­len­flä­che durch­setzt.

Schlie­ßen Sie das Mess­wert­er­fas­sungs­sys­tem so an, dass die in der Spule in­du­zier­te Span­nung ge­mes­sen wer­den kann.

Damit der Stab­ma­gnet beim Ro­tie­ren nicht pen­delt, hat es sich be­währt, den Faden kurz ober­halb des Stab­ma­gne­ten wäh­rend der Ro­ta­ti­ons­be­we­gung mit Dau­men und Zei­ge­fin­ger fest­zu­hal­ten.

Auf­ga­be zur Vor­be­rei­tung

Wel­chen zeit­li­chen Ver­lauf der in­du­zier­ten Span­nung er­war­ten Sie bei Ro­ta­ti­on des Stab­ma­gne­ten? Skiz­zie­ren Sie Ihre Vor­her­sa­ge und be­grün­den Sie!

Durch­füh­rung

1. Ver­set­zen Sie den Stab­ma­gne­ten in Ro­ta­ti­on und re­gis­trie­ren Sie den Span­nungs­ver­lauf!
2. Falls vor­han­den: Zeich­nen Sie gleich­zei­tig (mit zwei­tem Po­cket-CASSY) oder an­schlie­ßend die ma­gne­ti­sche Fluss­dich­te längs der Spu­lenach­se auf!

Aus­wer­tung

1. Ver­glei­chen Sie das t-U-Schau­bild mit Ihrer Vor­her­sa­ge! Fin­den Sie Ge­mein­sam­kei­ten und Un­ter­schie­de.
2. In­ter­pre­tie­ren und be­grün­den Sie den Ver­lauf des er­hal­te­nen Schau­bil­des. Set­zen Sie es in Be­zie­hung mit dem zeit­li­chen Ver­lauf der ma­gne­ti­schen Fluss­dich­te. Wel­che der vier Max­well'schen Glei­chun­gen müs­sen hier zu Rate ge­zo­gen wer­den?

Ver­suchs­bei­spiel

Auf­ga­be I

Dia­gramm:

Auf­ga­be II.

Dia­gramm:

Down­load

In­duk­ti­on bei ro­tie­ren­dem Ma­gne­ten: Her­un­ter­la­den [doc] [294 KB]

 

Wei­ter mit Cassy 1: In­duk­ti­on und frei­er Fall