Induktion bei rotierendem Magneten
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Diese Seite ist Teil einer Materialiensammlung zum Bildungsplan 2004: Grundlagen der Kompetenzorientierung. Bitte beachten Sie, dass der Bildungsplan fortgeschrieben wurde.
Hinweis
Es wird darauf hingewiesen, dass für jedes Experiment entsprechend der eigenen Durchführung vor der erstmaligen Aufnahme der Tätigkeit eine Gefährdungsbeurteilung durchgeführt und dokumentiert werden muss. Jede fachkundige Nutzerin/jeder fachkundige Nutzer muss die aufgeführten Inhalte eigenverantwortlich prüfen und an die tatsächlichen Gegebenheiten anpassen.
Weder die Redaktion des Lehrerfortbildungsservers noch die Autorinnen und Autoren der veröffentlichten Experimente übernehmen jegliche Haftung für direkte oder indirekte Schäden, die durch exakten, veränderten oder fehlerhaften Nachbau und/oder Durchführung der Experimente entstehen. Weiterführende Informationen erhalten Sie unter www.gefahrstoffe-schule-bw.de
Bezug zum Bildungsplan
4. Spezifisches Methodenrepertoire der Physik
- Die SuS können Zusammenhänge zwischen physikalischen Größen untersuchen.
- Die SuS können Experimente unter Anleitung planen, durchführen, auswerten, grafisch veranschaulichen und einfache Fehlerbetrachtungen vornehmen.
- Die SuS können computerunterstützte Messwerterfassungs- und Auswertungssysteme im Praktikum selbstständig einsetzen.
9. Strukturen und Analogien
- 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
- Versetzen Sie den Stabmagneten in Rotation und registrieren Sie den Spannungsverlauf!
- Falls vorhanden: Zeichnen Sie gleichzeitig (mit zweitem Pocket-CASSY) oder anschließend die magnetische Flussdichte längs der Spulenachse auf!
Auswertung
- Vergleichen Sie das t-U-Schaubild mit Ihrer Vorhersage! Finden Sie Gemeinsamkeiten und Unterschiede.
- 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:
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Weiter mit Cassy 2: Induktion und freier Fall