Aufgabe 4 — Induktionsvorgänge
Zwei Spulen befinden sich nebeneinander auf einem Labortisch. Ihre Achsen verlaufen parallel zueinander. Eine Spule ist mit einer Gleichspannungsquelle und einem regelbaren Widerstand in Reihe geschaltet. Die zweite Spule ist mit einem Spannungsmesser verbunden.
Beschreibe und erkläre zwei Möglichkeiten, mit dieser Anordnung das Entstehen einer Induktionsspannung zu demonstrieren.
Die magnetische Flussdichte 
die durch eine Spule erzeugt wird, soll experimentell bestimmt werden. Die Versuchsanordnung ist in der Abbildung dargestellt. Eine stromdurchflossene, rechteckige Leiterschleife ist an einem Kraftsensor befestigt und befindet sich zur Hälfte in dem zu untersuchenden Magnetfeld. Die magnetischen Feldlinien verlaufen senkrecht in die Zeichenebene hinein. Die Leiterschleife ist senkrecht zu dem Magnetfeld 
ausgerichtet.
Ermittle die Richtung der auftretenden magnetischen Kraft auf die gesamte Leiterschleife.
Beschreibe dein Vorgehen zur Ermittlung.
Mit der Anordnung in Abbildung 4 wird für verschiedene Stromstärken die jeweilige Kraft ermittelt. Die Messwerte sind in der Tabelle dargestellt.
Ermittle den Zusammenhang 
Bestimme die magnetische Flussdichte 
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Abb. 4: Leiterschleife im Magnetfeld
Der Kraftsensor aus der Abbildung 4 wird durch eine Vorrichtung ersetzt, die es ermöglicht, die Leiterschleife mit konstanter Geschwindigkeit von 
abzusenken. Die Leiterschleife wird von der Situation in 4.2 ausgehend abgesenkt. Die magnetische Flussdichte ist dabei auf 
eingestellt und die Leiterschleife von der Spannungsquelle getrennt.
Bestimme die Zeitdauer bis zum vollständigen Eintauchen der Leiterschleife und die dabei auftretende Induktionsspannung.
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Verschieben von felderzeugender oder Induktionsspule
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Verändern des Widerstandes
Möglichkeiten erklären
Es wird eine Spannung induziert, solange sich das Magnetfeld ändert, das eine Spule durchsetzt. Während des Verschiebens der beiden Spulen zueinander ändert sich aufgrund der Inhomogenität des erzeugten Feldes das Magnetfeld in der Induktionsspule. Durch Verändern des Widerstandes ändert sich die Stromstärke in der felderzeugenden Spule und somit die Stärke des erzeugten Magnetfeldes.
Kraftrichtung ermitteln
Die Kräfte auf die vertikalen Stücke der Leiterschleife kompensieren sich. Durch das horizontale Stück fließt der Strom von links nach rechts. Nach UVW-Regel zeigt die resultierende Kraft nach oben.
Vorgehen beschreiben
Der Daumen der rechten Hand zeigt in Richtung des Stromflusses, also nach rechts. Der ausgestreckte Zeigefinger zeigt in Richtung des Magnetfeldes, also in die Zeichenebene hinein. Der abgeknickte Mittelfinger und somit die resultierende Kraft zeigt dann nach oben.
Ablesen der Steigung liefert 
Für die magnetische Flussdichte folgt somit:
![Formula: \begin{array}[t]{rll}F&=&\ell\cdot I\cdot B &\quad\scriptsize\mid\;:(\ell\cdot I) \\[5pt] \dfrac{F}{\ell\cdot I}&=&B \\[5pt] \dfrac{0,025\;\tfrac{\mathrm{N}}{\mathrm{A}}}{0,035\;\mathrm{m}} &=&B \\[5pt] 0,7\;\text{T} &=& B \end{array}](https://www.schullv.de/resources/formulas/1797841ec40d963661423c8d461062efdf64a451d75f2d3b94943aa29c6aa918_light.svg)
![Formula: \begin{array}[t]{rll}F&=&\ell\cdot I\cdot B &\quad\scriptsize\mid\;:(\ell\cdot I) \\[5pt] \dfrac{F}{\ell\cdot I}&=&B \\[5pt] \dfrac{0,025\;\tfrac{\mathrm{N}}{\mathrm{A}}}{0,035\;\mathrm{m}} &=&B \\[5pt] 0,7\;\text{T} &=& B \end{array}](https://www.schullv.de/resources/formulas/1797841ec40d963661423c8d461062efdf64a451d75f2d3b94943aa29c6aa918_dark.svg)
Der Prozess dauert 
Dadurch ergibt sich als Induktionsspannung:
![Formula: \begin{array}[t]{rll}U_{\mathrm{ind}}&=&-N \cdot \dfrac{\Delta \Phi}{\Delta t} \\[5pt] &=&-N \cdot B \cdot \dfrac{\Delta A}{\Delta t} \\[5pt] &=&-N \cdot B \cdot \ell \cdot \dfrac{\Delta s}{\Delta t} \\[5pt] &=&-1 \cdot 0,9\;\text{T} \cdot 0,035\;\mathrm{m} \cdot \dfrac{0,08\;\mathrm{m}}{16\;\mathrm{s}} \\[5pt] &=& -0,16\;\text{mV} \end{array}](https://www.schullv.de/resources/formulas/5b177e7e70cae871d5600d9ea5d96d46596d2cca6e5fc44cded5ddddf6f6cd1d_light.svg)
![Formula: \begin{array}[t]{rll}U_{\mathrm{ind}}&=&-N \cdot \dfrac{\Delta \Phi}{\Delta t} \\[5pt] &=&-N \cdot B \cdot \dfrac{\Delta A}{\Delta t} \\[5pt] &=&-N \cdot B \cdot \ell \cdot \dfrac{\Delta s}{\Delta t} \\[5pt] &=&-1 \cdot 0,9\;\text{T} \cdot 0,035\;\mathrm{m} \cdot \dfrac{0,08\;\mathrm{m}}{16\;\mathrm{s}} \\[5pt] &=& -0,16\;\text{mV} \end{array}](https://www.schullv.de/resources/formulas/5b177e7e70cae871d5600d9ea5d96d46596d2cca6e5fc44cded5ddddf6f6cd1d_dark.svg)