Faradaysches Gesetz: EMK durch ein sich änderndes Feld

1 · Vorhersagen

Eine Drahtschleife befindet sich in einem Magnetfeld, dessen Stärke mit der Zeit schwankt (die Fläche der Schleife bleibt unverändert). Erscheint ein EMK in der Schleife, obwohl sich die Schleife selbst nicht bewegt?

• Nein – EMK erfordert eine physische Bewegung der Schleife oder Feldquelle.
• Ja – das Gesetz von Faraday besagt, dass ein sich ändernder Fluss selbst in einer stationären Schleife eine EMK induziert, solange sich das Feld selbst ändert.
• EMK erscheint nur, wenn sich die Schleife durch das Feld bewegt.

2 · Aufbauen

1. Öffnen Sie die Preset „changing-flux-b“ und drücken Sie „Zurücksetzen“. Die Fläche der Schleife ist auf 0.02 m² festgelegt; das Feld schwingt als B(t) = 0.6 T × (1 + 0.5 sin(2π × 0.4Hz × t)).
2. Aktivieren Sie die Anzeige der induzierten EMK.
3. Lesen Sie die induzierte EMK zu jedem aufgeführten Zeitpunkt ab.

3 · Daten sammeln

Tragen Sie die induzierte EMK (y-Achse) gegen die Zeit t (x-Achse) für Ihre drei Messwerte auf und skizzieren Sie, wie sie über eine volle Periode (2.5 s) schwingt.

4 · Auswerten

1. Berechnen Sie für einen Versuch EMK = −A·dB/dt = −A·B₀·0.5·ω·cos(ωt) unter Verwendung von A = 0.02 m², B₀ = 0.6 T, ω = 2π×0.4 rad/s. Vergleichen Sie mit der Tabelle.
2. Erklären Sie, warum die induzierte EMK proportional dazu ist, wie SCHNELL sich das Feld ändert (dB/dt), und nicht zum Momentanwert des Feldes – die EMK kann selbst dann groß sein, wenn B selbst nahe seinem Durchschnittswert liegt, wenn sich B dort schnell ändert.

5 · Vertiefen

1. Dies ist das Grundprinzip eines Wechselstromgenerators: Anstatt B direkt zu ändern, dreht ein Generator eine Schleife durch ein festes Feld, wodurch sich der Fluss genauso effektiv ändert. Erklären Sie, warum die Generatorkonstruktion normalerweise die Spule dreht, anstatt den Magneten in Schwingungen zu versetzen.
2. Das negative Vorzeichen in EMK = −dΦ/dt (Lenzsches Gesetz) bedeutet, dass der induzierte Strom der Änderung, die ihn verursacht hat, entgegenwirkt. Erklären Sie, was „der Änderung entgegenwirken“ physikalisch für eine Schleife in einem zunehmenden Feld im Vergleich zu einem abnehmenden Feld bedeutet.

Die Physik hinter diesem Experiment

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