2008 - 1. praktikum 12.2 thema: ferromagnetismus – elektromagnetische induktion die...

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


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)


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


Hauptversuch - AufbauHauptversuch - Aufbau


HauptversuchHauptversuch



GeräteGeräte HELMHOLTZ-Spulenpaar Stromversorgung Amperemeter Induktionsspule Experimentiermotor PHYWE Schleifringe oder lange Anschlusskabel PHYBOX Computer Teslameter



Ziel: Untersuchung der Abhängigkeit des Ziel: Untersuchung der Abhängigkeit des Flächenvektors A und der Induktionsspannung Flächenvektors A und der Induktionsspannung UiUi



Ergebnisse der Ergebnisse der Untersuchung: Untersuchung:


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


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


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.


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


RechnungRechnung

Kontrolle: B über I berechnenKontrolle: B über I berechnen


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


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


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)


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


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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