1. Aufgabe
Berechnen Sie den Betrag der magnetischen Flussdichte B im Abstand d = 3 cm von der Mitte eines von einer Stromstärke I = 100 A durchflossenen Leiters!
2. Aufgabe
E.1 zeigt eine Spule der Länge l = 30 cm mit der Wicklungszahl n = 400. Sie wird gemäß der Abbildung an eine Stromquelle angeschlossen.
a) Entscheiden Sie, ob diese Spule an der in Abb. E.1 gezeigten Vorderseite einen Nord- oder einen Südpol entwickelt und begründen Sie Ihre Auswahl!
b) Die Stromstärke in der Spule beträgt I = 3,5 A. Berechnen Sie den Betrag der magnetischen Flussdichte B in der ungefüllten Spule
3. Aufgabe
Sie kennen die Sicherungsautomaten, die sich irgendwo in Ihrer Wohnung hinter einer Klappe verbergen. Im Gegensatz zu den altertümlichen Schmelzsicherungen unterbrechen diese den Stromkreis bei einem Kurzschluss (fast) sofort und verhindern Schäden durch eine zu hohe Stromstärke. Dabei springt der kleine Hebel nach unten. Ist der Kurzschluss beseitigt, spannt man ihn und schließt so den Stromkreis wieder.
Abb. E.2 zeigt das „Innenleben“ eines solchen Sicherungsautomaten. Entwickeln Sie eine Vermutung, welche Rolle die in der Zeichnung durch einen Pfeil gekennzeichnete Spule dabei spielen kann!
4. Aufgabe
Abb. E.3 zeigt eine Anordnung, in der sich ein stromdurchflossener Leiter der Länge l = 5 cm zwischen den Polen eines hufeisenförmigen Eisenkerns (μR = 191) befindet.
Er trägt eine k = 12 cm lange Wicklung mit n = 200 Windungen und ist an einem Kraftmesser befestigt, der sich nach oben und unten bewegen lässt.
Abb. E.3: Durch die „Hufeisen“-Form verlaufen die magnetischen Feldlinien des durch die Spule erzeugten und im Eisen verstärkten Magnetfelds vollständig im Inneren des Eisenkerns.
Gehen Sie daher bei der Bearbeitung dieser Aufgabe davon aus, dass der Betrag der magnetischen Flussdichte B im Spalt dieses Elektromagneten den gleichen Betrag hat wie in Inneren der Spule.
a) Erläutern Sie, warum man diese Anordnung als Stromwaage bezeichnet!
b) Zeigen Sie durch eine kommentierte Rechnung, dass der Betrag B der magnetischen Flussdichte im Spalt des Eisenkerns bei einem Spulenstrom von IS = 2,0 A den Wert B ≈ 0,8 T hat. Falls Ihnen das nicht gelingt, rechnen Sie bitte mit diesem Wert weiter!
Bei diesem Anschluss der Spule an die Stromquelle für den Spulenstrom zeigen die magnetischen Feldlinien im Spalt von links nach rechts
c) Bitte begründen Sie dies. Falls Ihnen das nicht gelingt, arbeiten Sie bitte mit dieser Festlegung weiter!
d) Bei diesem Anschluss des Leiters an die Stromquelle für den Leiterstrom wird der Leiter nach unten gezogen. Bitte begründen Sie auch diese Beobachtung!
e) Berechnen Sie den Betrag der wirkenden Kraft F, wenn der Leiterstrom den Wert IL = 3,0 A hat!
f) Begründen Sie, warum die in Abb. E.3 senkrecht verlaufenden Zuleitungen keinen Beitrag zu dieser Kraft liefern!
g) In Abb. E.3 wird der Leiter um α = 30° gedreht. Dadurch verläuft er immer noch in der Horizontalebene, die vordere Zuleitung in Abb. E.3 liegt nun aber weiter links und die hintere weiter rechts. Diskutieren Sie, ob diese Veränderung bei gleichbleibenden Strömen einen Einfluss auf den vom Kraftmesser angezeigten
Wert hat!
h) Die in Abb. E.3 gezeigte Situation wird wieder hergestellt. Nun wird die im Vordergrund liegende Zuleitung so verlängert, dass der Leiter weiterhin parallel zu den Begrenzungsflächen verläuft, nun aber mit der Horizontalen einen Winkel β = 30° einschließt.
Untersuchen Sie auch hier, ob diese Veränderung (bei gleichbleibenden Stromstärken) einen Einfluss auf die Anzeige des Kraftmessers hat!
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