Magnetfeld in einer Magnetspule

1 · Vorhersagen

Ein Magnet (eine eng gewickelte Spule) führt durch seine vielen Windungen Strom. Wenn Sie den Strom erhöhen, skaliert die innere Feldstärke direkt proportional?

• Das Feld wächst schneller als der Strom, da sich der Beitrag jeder Runde erhöht.
• Ja – das Innenfeld ist direkt proportional zum Strom.
• Das Innenfeld ist nicht stromabhängig.

2 · Aufbauen

1. Öffnen Sie die Magnetfeld-Preset und drücken Sie Zurücksetzen. Der Magnet hat 400 Umdrehungen über eine Länge von 0.45 m.
2. Aktivieren Sie die Anzeige der inneren Feldstärke.
3. Stellen Sie den Spulenstrom für jeden Versuch ein und zeichnen Sie die innere Feldstärke auf.

3 · Daten sammeln

Tragen Sie für Ihre drei Versuche die Feldstärke B (y-Achse) gegen den Strom I (x-Achse) auf. Geht die Linie gerade durch den Ursprung?

4 · Auswerten

1. Berechnen Sie für einen Versuch B = μ₀NI/L mit μ₀ = 4π×10⁻⁷ H/m, N = 400, L = 0.45 m. Vergleichen Sie mit der Tabelle.
2. Erklären Sie, warum das innere Feld von der Anzahl der Windungen pro Längeneinheit (N/L) und nicht von den Windungen und der Länge separat abhängt – ein längerer Magnet mit proportional mehr Windungen ergibt das gleiche Feld.

5 · Vertiefen

1. Ein Elektromagnet (wie bei einem Schrottplatzkran) ist im Wesentlichen ein um einen Eisenkern gewickelter Elektromagnet, der das Feld um den Faktor Hundert oder Tausend vervielfachen kann (die hohe Permeabilität des Kerns). Erklären Sie, warum ein einfaches Luftmagnetventil wie dieses bei gleichem Strom und gleichen Windungen ein viel schwächeres Feld erzeugt.
2. Außerhalb eines idealen Magneten ist das Magnetfeld nahezu Null, anders als das Feld eines einzelnen Drahtes, der sich von ihm nach außen erstreckt. Erklären Sie anhand der vielen einzelnen Windungsfelder, warum sich die Felder von gegenüberliegenden Seiten der Spule außen weitgehend aufheben, innen aber verstärken.

Die Physik hinter diesem Experiment

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