2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion Die...
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2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion
Die Induktionsspannung bei Änderung von A
durch Drehen
Versuch 2Versuch 2
Von: Leo Thiessen, Daniel Hetterle, Philipp Hodges, Maria Walger, Alex Dick
2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion
Thema:Thema:
Durch eine Änderung des magnetischen Durch eine Änderung des magnetischen Flusses Φ wird in einer Spule eine Flusses Φ wird in einer Spule eine Spannung induziertSpannung induziert
Induktionsgesetz: Ui=-N*Φ`Φ` (Φ`= Änderung des magn. Flusses)(Φ`= Änderung des magn. Flusses)
2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion
VorversuchVorversuch
Zusammenhang zw. Zusammenhang zw. Stromstärke I und der magnetischen Feldstärke B im HELMHOLTZ-Spulenpaar
Ergebnis: I~BErgebnis: I~B B in Abhängigkeit von I
y = 0,8106x
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
I/A
B/m
T
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Hauptversuch - AufbauHauptversuch - Aufbau
2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion
HauptversuchHauptversuch
2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion
HauptversuchHauptversuch
GeräteGeräte HELMHOLTZ-Spulenpaar Stromversorgung Amperemeter Induktionsspule Experimentiermotor PHYWE Schleifringe oder lange Anschlusskabel PHYBOX Computer Teslameter
2008 - 1. Praktikum 12.2 Thema: Ferromagnetismus – Elektromagnetische Induktion
HauptversuchHauptversuch
Ziel: Untersuchung der Abhängigkeit des Ziel: Untersuchung der Abhängigkeit des Flächenvektors A und der Induktionsspannung Flächenvektors A und der Induktionsspannung UiUi
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HauptversuchHauptversuch
Ergebnisse der Ergebnisse der Untersuchung: Untersuchung:
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RechnungRechnung
1. A = a ∙ b 1. A = a ∙ b
A' = a ∙ b' A' = a ∙ b' b' = b ∙ cos ∙ α b' = b ∙ cos ∙ α
A' = a ∙ b ∙ cos ∙ α A' = a ∙ b ∙ cos ∙ α α = α = DrehwinkelDrehwinkel
A' = A ∙ cos ∙ αA' = A ∙ cos ∙ α 2. 2. φφ = B ∙ A' = B ∙ A'
φφ = = magn. Fluß magn. Fluß
φ = Bφ = B ∙ A ∙ cos ∙ ∙ A ∙ cos ∙ αα
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RechnungRechnung 3. Ui = -N ∙3. Ui = -N ∙ (d φ/dt) (d φ/dt) = -N = -N ∙ (d(B ∙ A ∙ cos ∙ (d(B ∙ A ∙ cos α)/dt)α)/dt) = -N = -N ∙ B ∙ A ∙ (d(cos ∙ B ∙ A ∙ (d(cos α/dt)α/dt) 4. α = w 4. α = w ∙ t ∙ t w = Winkelgeschwindigkeit = (2 ∙ ∏)/Tw = Winkelgeschwindigkeit = (2 ∙ ∏)/T T = PeriodendauerT = Periodendauer
Ui = -N ∙ B ∙ A ∙ (d(cos w ∙ t)/dt Ui = -N ∙ B ∙ A ∙ (d(cos w ∙ t)/dt
AbleitungAbleitung Ui= N ∙ B ∙ A ∙ w ∙ sin w ∙ t Ui= N ∙ B ∙ A ∙ w ∙ sin w ∙ t
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Zeigen Sie, dass bei Ihrem Versuch |Ui| ~ A = Zeigen Sie, dass bei Ihrem Versuch |Ui| ~ A =
(A ∙ cos (A ∙ cos φφ ) ° = (A ∙ cos ∙ (w ∙ t)) ° gilt! ) ° = (A ∙ cos ∙ (w ∙ t)) ° gilt! Rechnung:Rechnung: 1. Ableitung: |Ui|= -A ∙ sin (w ∙ t) ∙ w1. Ableitung: |Ui|= -A ∙ sin (w ∙ t) ∙ w Kettenregel wird benutztKettenregel wird benutzt 2. Einsetzen in Ui = -n ∙ B ∙ A' : 2. Einsetzen in Ui = -n ∙ B ∙ A' : Ui = n ∙ B ∙ A ∙ sin (w ∙ t) ∙ wUi = n ∙ B ∙ A ∙ sin (w ∙ t) ∙ w 3. Ergebnis:3. Ergebnis: Bei der Drehung einer Spule im Bei der Drehung einer Spule im
homogenen Magnetfeld wird die homogenen Magnetfeld wird die Momentanspannung Ui induziert, die sich Momentanspannung Ui induziert, die sich sinusförmig mit der Winkelgeschwindigkeit sinusförmig mit der Winkelgeschwindigkeit w ändert. w ändert.
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Konkrete BerechnungKonkrete BerechnungT=0,24 sek
B=1,5 mT (Messung aus dem Vorversuch)
A= (0,0275 m)^2
N=500
Umax=500*1,5*10^-3T*0,0275^2m²*2π/0,24sec
Umax=14,9mV
Errechneter Wert stimmt in etwa mit dem gemessenem Wert überein
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RechnungRechnung
Kontrolle: B über I berechnenKontrolle: B über I berechnen
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Mögliche FehlerquellenMögliche Fehlerquellen
MessungenauigkeitenMessungenauigkeiten Zu niedriger TaktbereichZu niedriger Taktbereich Schlechte Kontakte an der Halterung der Schlechte Kontakte an der Halterung der
SpuleSpule Probleme mit der Phybox (x-Achse wurde Probleme mit der Phybox (x-Achse wurde
oft nach oben verschoben)oft nach oben verschoben) Kabel störanfälligKabel störanfällig
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Messung des ErdmagnetfeldesMessung des Erdmagnetfeldes
Das B-Feld des HELMHOLTZ-Das B-Feld des HELMHOLTZ-Spulenpaares wird mit dem B-Feld der Spulenpaares wird mit dem B-Feld der Erde ausgetauschtErde ausgetauscht
Fläche der Spule wird senkrecht zu dem Fläche der Spule wird senkrecht zu dem Erdmagnetfeld ausgerichtetErdmagnetfeld ausgerichtet
Über die gemessene Spannung kann das Über die gemessene Spannung kann das Erdmagnetfeld bestimmt werdenErdmagnetfeld bestimmt werden
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Messung des ErdmagnetfeldesMessung des Erdmagnetfeldes
Umax=0,44 mV
T=0,18 sek
A=0,0275^2 m²
N=500
Messung des Erdmagnetfeldes
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5
t/sec
U/m
V .
Ui =N*B*A*ω*sin(ω*t) Ui =N*B*A*ω*sin(ω*t) B= Ui/(N*A*ω*sin(ω*t)) B= Ui/(N*A*ω*sin(ω*t))
B=0,44*10^-3 V/(500*0,0275^2m²*2B=0,44*10^-3 V/(500*0,0275^2m²*2π/0,18sek) = 3,33*10^-5 T
Entspricht etwa dem Literaturwert (3-6*10^-5 T)
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Mögliche Fehlerquellen bei der Mögliche Fehlerquellen bei der Messung des ErdmagnetfeldesMessung des Erdmagnetfeldes
Starke Beeinflussung durch Geräte (z.B. Starke Beeinflussung durch Geräte (z.B. PC) in der UmgebungPC) in der Umgebung
Kabel müssen abgeschirmt sein, sonst Kabel müssen abgeschirmt sein, sonst kommt es zu unsinnigen Werten (kommt es zu unsinnigen Werten (Man Man misst die Netzfrequenz der umliegenden misst die Netzfrequenz der umliegenden Kabel)Kabel)
Man arbeitet mit sehr kleinen Werten, Man arbeitet mit sehr kleinen Werten, sodass Messungenauigkeiten sich stärker sodass Messungenauigkeiten sich stärker auswirkenauswirken
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QuellenQuellen
http://www.schule-bw.de/unterricht/faecherhttp://www.schule-bw.de/unterricht/faecher/physik/online_material/e_lehre_2/induktio/physik/online_material/e_lehre_2/induktion/drehspule.htmn/drehspule.htm
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