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Magnetfeld von Spulen

Das Magnetfeld einer Spule beruht auf dem Konzept des stromdurchflossenen Leiters. Durch die Bündelung der Feldlinien im Zentrum entsteht ein verstärktes Feld. Das homogene Feld im Inneren entsteht durch viele dicht hintereinander liegende Leiterschleifen. Möchtest du mehr über die Berechnung und Anwendung des Magnetfelds von Spulen erfahren? Vertiefe dein Wissen hier!

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Team Digital
Magnetfeld von Spulen
lernst du in der Unterstufe 4. Klasse - Oberstufe 5. Klasse - 6. Klasse - 7. Klasse - 8. Klasse - 9. Klasse

Magnetfeld von Spulen Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Magnetfeld von Spulen kannst du es wiederholen und üben.
  • Beschreibe, wie ein Magnetfeld eines Leiters entsteht.

    Tipps

    Ein Leiter muss an eine Energiequelle angeschlossen werden.

    Lösung

    Das Magnetfeld eines Leiters entsteht durch den Fluss von elektrischem Strom durch den Leiter. Wenn elektrischer Strom durch einen Leiter fließt, dann erzeugt er ein Magnetfeld um den Leiter herum. Dieses Magnetfeld entsteht aufgrund der Bewegung der elektrischen Ladungen im Leiter.


    • Ein elektrischer Strom muss durch einen Leiter fließen.
    $\Rightarrow$ Diese Antwort ist richtig.


    • Der Leiter muss auf eine Metallplatte gelegt werden.
    $\Rightarrow$ Diese Antwort ist falsch.


    • Der Leiter muss auf einen Herd gelegt werden.
    $\Rightarrow$ Diese Antwort ist falsch.


    • Der Leiter muss gekocht werden.
    $\Rightarrow$ Diese Antwort ist falsch.
  • Erkläre, wie die Richtung des Magnetfeldes bestimmt werden kann.

    Tipps

    Der Daumen zeigt in die Richtung, in die der Strom fließt.

    Die Finger zeigen die Richtung der Feldlinien.

    Lösung

    Eine einfache Regel zur Bestimmung der Feldlinienrichtung ist, indem man den Daumen in die Richtung des Stromflusses zeigt und die Finger dabei die Feldrichtung verdeutlichen, indem sie sich krümmen.


    1) Die Richtung der Feldlinien um einen Draht kann mit einer einfachen Regel bestimmt werden.

    2) Der Daumen der linken Hand zeigt in die Richtung des Stromflusses von minus nach plus und die Finger krümmen sich in die Richtung der Feldlinien.

    3) Mit der rechten Hand zeigt der Daumen von plus nach minus und die Finger krümmen sich in die Richtung der Feldlinien.

    4) Die „Linke-Hand-Regel“ wird für die physikalische Stromrichtung verwendet und die „Rechte-Hand-Regel“ für die technische Stromrichtung.

  • Beschreibe, welches Material bei einem Versuch benötigt wird, um ein Magnetfeld zu erzeugen.

    Tipps

    Damit ein Strom fließen kann, braucht man eine Spannungsquelle.

    Magnetfelder werden durch Ladungen erzeugt, die sich durch einen Leiter bewegen.

    Überlege dir, wie das erzeugte Magnetfeld noch verstärkt werden kann.

    Lösung

    Ein Magnetfeld kann aus einer Batterie, einem Kupferdraht und einem Eisennagel hergestellt werden:
    Der Kupferdraht wird um den Nagel gewickelt und die beiden Enden des Drahtes werden an die Anschlüsse der Batterie angeschlossen. Wenn die Batterie angeschlossen ist, dann fließt Strom durch den Draht und erzeugt ein Magnetfeld um den Nagel, wodurch dieser zu einem Magneten wird.


    Diese Antworten sind also richtig:

    • Nagel
    • Batterie
    • Kupferdraht

    Diese Antworten sind also falsch:

    • Holzstab
    • Hanfseil
    • Lampe

  • Berechne die magnetische Feldstärke der Spule.

    Tipps

    Die magnetische Feldstärke $H$ lässt sich mit der Anzahl der Windungen $N$, der Stromstärke $I$ und der Länge der Spule $l$ berechnen.

    Es gilt diese Gleichung:

    $H~=~\dfrac{N\cdot I}{l}$

    Zur Berechnung muss noch die Länge in $\text{m}$ umgerechnet werden.

    Lösung

    Um die magnetische Feldstärke einer Spule zu berechnen, benötigst du die Länge der Spule, die Anzahl der Windungen und die Stromstärke.

    Folgende Informationen sind gegeben:

    • Anzahl der Windungen: $N~=~100$
    • Länge der Spule: $l~=~\pu{10cm}$
    • Stromstärke: $I=\pu{2A}$

    Für die magnetische Feldstärke gilt diese Gleichung:

    $H=\dfrac{N\cdot I}{l}$


    Jetzt können die Werte eingesetzt und die magnetische Feldstärke kann berechnet werden:

    $H=\dfrac{N\cdot I}{l}=\dfrac{100 \cdot \pu{2A}}{\pu{0,1m}}=\pu{{2\,000}\dfrac{A}{m}}$

    Die magnetische Feldstärke beträgt:

    $H=\pu{{2\,000}\dfrac{A}{m}}$

  • Sortiere die Geräte danach, ob magnetische Spulen enthalten sind oder nicht.

    Tipps

    Magnetische Spulen können verwendet werden, um elektromagnetische Felder zu erzeugen.

    In einem Fön befindet sich ein Elektromotor, um die Luft zu bewegen.

    In der Mikrowelle werden magnetische Spulen verwendet, um Mikrowellen zu erzeugen.

    In einem Laptop wird eine magnetische Spule in der Festplatte verwendet, um Daten zu speichern und abzurufen.

    Lösung

    In unserem Alltag gibt es viele weitere Magnetfelder, die durch technische Geräte, die magnetische Spulen enthalten, hervorgerufen werden.


    Folgende Geräte enthalten magnetische Spulen:

    • Fön: In einem Fön wird eine magnetische Spule als Elektromotor verwendet, um die Lüfterblätter zu drehen und so Luft zu bewegen.
    • Mikrowelle: In einer Mikrowelle wird eine magnetische Spule verwendet, um Mikrowellen zu erzeugen, die die Lebensmittel erhitzen.
    • Laptop: In einem Laptop wird eine magnetische Spule in der Festplatte verwendet, um Daten zu speichern und abzurufen.

    Folgende Geräte enthalten keine magnetische Spulen:

    • Thermometer
    • Lampe
    • Wasserkocher

  • Vervollständige die Aussagen über die magnetische Permeabilität $\mu$.

    Tipps

    Für die magnetische Flussdichte $B$ gilt diese Gleichung:

    $B=\mu \cdot H$

    Die magnetische Permeabilität $\mu$ beeinflusst die Flussdichte und somit die Durchlässigkeit eines sich in der Spule befindlichen Materials.

    Betrachte den Einfluss bei kleinen und großen Werten für die magnetische Permeabilität.

    Lösung

    Die magnetische Permeabilität $\mu$ ist eine vom Material abhängige Konstante und gibt an, wie stark sich ein Magnetfeld in einem Material ausbreitet.


    Die Paare bilden folgende Satzhälften:

    • Die magnetische Permeabilität $\mu$ eines Materials wird durch das Verhältnis von $B$ zu $H$ des Materials definiert.
    • Ein Material mit hoher magnetischer Permeabilität lässt das Magnetfeld leichter passieren.
    • Ein Material mit niedriger magnetischer Permeabilität blockiert das Magnetfeld stärker.
    • Die magnetische Permeabilität $\mu$ hängt von der chemischen Zusammensetzung des Materials ab.