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elektrotechnik_2:das_zeitlich_veraenderliche_magnetfeld [2019/09/11 12:24]
tfischer 		elektrotechnik_2:das_zeitlich_veraenderliche_magnetfeld [2023/09/19 23:01] (aktuell)
mexleadmin
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-~~NOTOC~~+====== 2 Das zeitlich veränderliche magnetische Feld ======
  
-====== 2. Das zeitlich veränderliche magnetische Feld ====== 
  
---> 2.1 Induktion #+===== 2.1 Der magnetische Fluss und Induktion (Bewegungsinduktion, Ruheinduktion) =====
  
---> Ziele und Video #+<callout>
  
-<WRAP group> <WRAP half column> +=== Ziele ===
- +
-==== Ziele ====+
  
 Nach dieser Lektion sollten Sie: Nach dieser Lektion sollten Sie:
  
-  - wissen, dass zwischen Magnetpolen Kräfte wirken und die Richtung der Kräfte kennen. +  - wissen, wie der magnetische Fluss definiert ist. 
-  - wissen, dass sich um einen stromdurchflossenen Leiter ein magnetisches Feld bildet. +  - in der Lage sein, für eine gegebene Fläche aus der magnetischen Flussdichte den magnetischen Fluss einer Anordnung anzugeben. 
-  - die Feldlinien des magnetischen Feldes skizzieren können. Dabei wissen Sie welche Richtung das Feld hat und wo das Feld am dichtesten ist.+  - die allgemeine Bedeutung des „Gaußschen Satzes für das Magnetfeld“ kennen. 
 +  - in der Lage sein, eine geschlossene Hüllfläche geeignet zu wählen und den Gaußschen Satz anzuwenden. 
 +  - die Lenzsche Regel anwenden können. 
 +  - die induzierte Spannung bei veränderlichem Magnetfeld und/oder veränderlicher, durchströmter Fläche berechnen können.  
  
-</WRAP> <WRAP half column>+</callout>
  
 ==== Video ==== ==== Video ====
  
-Einführung in magnetische Felder +Bitte sehen Sie sich auf der Seite des [[https://lx3.mint-kolleg.kit.edu/onlinekursphysik/html/1.4.2/xcontent3.html|KIT-Brückenkurs >> 4.2.4 Elektromagnetische Induktion]] die Inhalte (Text, Videos, Übungen) an. Achten Sie darauf, dass in der Auswahlleiste oben "Gesamt" ausgewählt wurde. 
-{{youtube>pmmmwLuc2ns}}+
  
-Visualisierung magnetischer Felder +Einfache Onlineexperimente zur Induktion sind unter [[https://phet.colorado.edu/sims/html/faradays-law/latest/faradays-law_en.html|PhET - Induktion]] und [[https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/faraday/latest/faraday.html?simulation=faraday|PhET - Induktion Baukasten]]. Diese können helfen sich die Effekte zu visualisieren.
-{{youtube>lM_ogtchwNc?start=79}}+
  
-Überlagerung magnetischer Felder (nur bis 04:08) +Vergleich elektrischer vs magnetischer Fluss 
-{{youtube>qAOfVXJMxk8?end=248}}+{{youtube>vActzYz_Q2E?start=560}}
  
-</WRAP> </WRAP>+==== Aufgaben ==== 
 +siehe Ilias Kurs: "3.1 Induktionswirkungen" 
 +  * Dazu sollten Sie bereits aus dem o.g. Video die Einheit [[https://de.wikipedia.org/wiki/Magnetischer_Fluss#Ma%C3%9Feinheit|Weber]] kennen
  
-<-- 
  
---> Aufgaben # +<WRAP pagebreak />
-=== Aufgabe 1 === +
-<WRAP group> <WRAP half column>+
  
-<quizlib id="quiz" rightanswers="[['a0'],['a2'], ['a2'], ['a0'], ['a1'], ['a2']]" submit="Check Answers"> +===== 2.2 Der verkettete Fluss =====
-    <question title="1. Mit welcher Hand lässt sich aus Strömen die Magnetfeldrichtung herleiten?" type="radio"> Die rechte Hand| Die linke Hand</question> +
-    <question title="2. Wie sind bei der Herleitung aus 1. die Finger zuzuordnen?" type="radio"> Daumen für Stromrichtung, restliche Finger für Magnetfeldrichtung | Daumen für Magnetfeldrichtung, restliche Finger für Stromrichtung| beide Möglichkeiten sind richtig </question> +
-    <question title="3. Zwei stromdurchflossene Leiter liegen parallel und nahe beieinander. Der Strom in beiden fließt in die gleiche Richtung. Welche Kraftwirkung ist zu sehen?" type="radio"> keine | Die Leiter ziehen sich an | Die Leiter stoßen sich ab</question> +
-    <question title="4. Zwei stromdurchflossene Leiter liegen rechtwinklig aufeinander. Durch beide fließt Strom. Welche Kraftwirkung ist zu sehen?" type="radio"> keine | Die Leiter ziehen sich an | Die Leiter stoßen sich ab</question> +
-    <question title="5. Wie verläuft das Magnetfeld im Inneren der Erde bzw. eines Permanentmagneten?" type="radio"> vom magnetischen Nordpol zum Südpol | vom magnetischen Südpol zum Nordpol | das Innere ist feldfrei</question> +
-    <question title="6. An welchem Ort einer stromdurchflossenen Spule sind die Feldlinien am dichtesten?" type="radio"> am magnetischen Nordpol | am magnetischen Südpol | im Inneren der Spule | an beiden Polen </question>+
  
-</quizlib>+siehe PPT-Folien in ILIAS
  
-</WRAP> <WRAP half column> 
-++++Tipp zu 1| 
-Bei St<fs large>__**R**__</fs>omfluss nutzt man welche Hand? 
-++++ 
  
-++++Tipp zu 2| +<WRAP pagebreak /> 
-  * Stellen Sie sich eine Spule mit einer Wicklung bildlich vor, oder malen Sie es auf.  +===== 2.3 Selbstinduktion =====
-  * Nun denken Sie sich ein erzeugtes Feld durch diese dazu. Welche Richtung muss der verursachende Strom haben? Passt dies zur Faustregel?  +
-  * Im Anschluss versuchen sie es andersherum: Wenn ein Strom gegeben ist, wo gehen dann die Feldlinien hinein und wo heraus? Welche Pole entstehen dort?  +
-+++++
  
-++++Tipp zu 3| Siehe 3. Video +<callout>
-  * Stellen Sie sich die beiden Drähte bildlich vor, oder malen Sie es auf.  +
-  * In welche Richtung würde das äußere Feld jeweils laufen? +
-  * Das Feld ist ein lineares Vektorfeld. Aus mehreren Einzelfeldern kann also durch Addition das Gesamtfeld erzeugt werden. Wird die Addition des Feldes dazwischen größer, oder kleiner? +
-++++ +
- +
-++++Tipp zu 4|  +
-  * Stellen Sie sich zunächst nochmal die parallelen Drähte vor. Was passiert bei gleich und was bei entgegen gerichteten Stromfluss? Sind die entstehenden Kräfte betragsmäßig gleich? +
-  * Die Stromrichtungsumkehr kann man nun auch statt durch ändern des Stroms durch Drehen des Drahtes erzeugen - gerade so, dass beim Drehen zwischenzeitlich die Drähte senkrecht aufeinander liegen.  +
-  * Wenn nun bei parallelen Drähten und unterschiedlicher Stromrichtung die betragsmäßig gleiche Kraft entsteht. so ist dies auch bei jedem Winkel dazwischen (Ausführlich über Integration der Kraft über einzelne Drahtstücke). +
-  * Dann muss es aber einen Punkt geben bei der die Kraft 0 wird. +
-++++ +
- +
-++++Tipp zu 5|  +
-  * Die magnetischen Feldlinien müssen geschlossen sein. +
-  * Vergleichen Sie den Feldverlauf zwischen Spule und Permanentmagnet. +
-++++ +
-++++Tipp zu 6|  +
-  * Im Video 1 ist der Verlauf außerhalb und innerhalb der Spule zu sehen. +
-++++ +
- +
-</WRAP> </WRAP> +
- +
-<-- +
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-<-- +
- +
---> 1.2 Das Ampere'sche Kraftgesetz und magnetische Flussdichte # +
- +
---> Ziele und Video # +
- +
-<WRAP group> <WRAP half column> +
- +
-==== Ziele ==== +
- +
-Nach dieser Lektion sollten Sie: +
- +
-  - das Kraftgesetz für stromdurchflossene Leiter kennen. +
-  - die Richtung der Kräfte anhand gegebener Stromrichtungen und gegebenenfalls Flussdichte bestimmen können. +
-  - die wirkenden Kraftvektoren in einer Skizze darstellen können. +
-  - in der Lage sein, einen Kraftvektor durch Überlagerung mehrerer Kraftvektoren mit Hilfe der Vektorrechnung zu bestimmen +
-  - in der Lage sein, für einen Kraftvektor folgende Größen anzugeben: +
-      - Kraftvektor in Koordinatendarstellung +
-      - Betrag des Kraftvektors +
-      - Winkel des Kraftvektors +
-  - in der Lage sein, bei Vorgabe mehrerer stromdurchflossener Leiter die Vektoren der magnetischen Flussdichte in einer Skizze darzustellen. +
-  - durch Überlagerung mehrerer Vektoren mit Hilfe der Vektorrechnung den resultierenden Vektor der magnetischen Flussdichte bestimmen können. +
-  - durch Anwendung des Kraftgesetzes für stromdurchflossene Leiter im magnetischen Feld die Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter in einem magnetostatischen Feld bestimmen können: +
-    - Kraftvektor in Koordinatendarstellung +
-    - Betrag des Kraftvektors +
-    - Winkel des Kraftvektors   +
- +
-</WRAP> <WRAP half column> +
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-==== Video ==== +
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-Bitte sehen Sie sich auf der Seite des [[https://lx3.mint-kolleg.kit.edu/onlinekursphysik/html/1.3.2/xcontent1.html|KIT-Brückenkurs >> 3.2.2 Magnetisches Feld]] die Inhalte (Text und Videos) an. Achten Sie darauf, dass oben "Gesamt" ausgewählt wurde. Der letzte Teil zu "Magnetfeld mit Materie" kann übersprungen werden. +
- +
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---> Aufgaben # +
-=== Aufgabe 1 === +
- +
-<quizlib id="quiz" rightanswers="[['a0'],['a3'], ['a3'], ['a0'], ['a1']]" submit="Check Answers"> +
-    <question title="1. Mit welcher Hand lässt sich aus Strömen die Magnetfeldrichtung herleiten?" type="radio"> Die rechte Hand| Die linke Hand</question> +
-    <question title="2. Wie sind bei der Herleitung aus 1. die Finger zuzuordnen?" type="radio"> Daumen für Stromrichtung, restliche Finger für Magnetfeldrichtung | Daumen für Magnetfeldrichtung, restliche Finger für Stromrichtung| beide Möglichkeiten sind richtig </question> +
-    <question title="3. Zwei stromdurchflossene Leiter liegen parallel und nahe beieinander. Der Strom in beiden fließt in die gleiche Richtung. Welche Kraftwirkung ist zu sehen?" type="radio"> keine | Die Leiter ziehen sich an | Die Leiter stoßen sich ab</question> +
-    <question title="4. Zwei stromdurchflossene Leiter liegen rechtwinklig aufeinander. Durch beide fließt Strom. Welche Kraftwirkung ist zu sehen?" type="radio"> keine | Die Leiter ziehen sich an | Die Leiter stoßen sich ab</question> +
-    <question title="5. Wie verläuft das Magnetfeld im Inneren der Erde bzw. eines Permanentmagneten?" type="radio"> vom magnetischen Nordpol zum Südpol | vom magnetischen Südpol zum Nordpol | das Innere ist feldfrei</question> +
- +
-</quizlib> +
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-=== Aufgabe 2 === +
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-<WRAP group> <WRAP half column> text +
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-[[https://phet.colorado.edu/sims/html/charges-and-fields/latest/charges-and-fields_de.html|PHET: Charges and Fields]] </WRAP> </WRAP> +
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-<-- +
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---> 1.3 Magnetischer Fluss # +
- +
---> Ziele und Video # +
- +
-<WRAP group> <WRAP half column>+
  
 ==== Ziele ==== ==== Ziele ====
Zeile 160: Zeile 54:
   - in der Lage sein, eine geschlossene Hüllfläche geeignet zu wählen und den Gaußschen Satz anzuwenden.   - in der Lage sein, eine geschlossene Hüllfläche geeignet zu wählen und den Gaußschen Satz anzuwenden.
  
-</WRAP> <WRAP half column>+</callout>
  
-==== Video ====+=== Video ===
  
-Die elektrische Ladung+Bitte sehen Sie sich auf der Seite des [[https://lx3.mint-kolleg.kit.edu/onlinekursphysik/html/1.4.2/xcontent4.html|KIT-Brückenkurs >> 4.2.5 Selbstinduktion und Spule (*)]] die Inhalte (Text, Videos, Übungen) an. Achten Sie darauf, dass in der Auswahlleiste oben "Gesamt" ausgewählt wurde. 
  
-{{youtube>JnYrmCaQfcM}}+==== Aufgaben ====
  
-</WRAP> </WRAP>+siehe Ilias Kurs: "3.2 Selbstinduktivität und Selbstinduktion"
  
-<-- 
  
---> Aufgaben # 
-=== Aufgabe 1 === 
  
-<WRAP group> <WRAP half column> text +<WRAP pagebreak /> 
- +===== 2.4 Verschaltung von Induktivitäten =====
-</WRAP> <WRAP half column> +
- +
-[[https://phet.colorado.edu/sims/html/charges-and-fields/latest/charges-and-fields_de.html|PHET: Charges and Fields]] </WRAP> </WRAP> +
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-<-- +
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-<-- +
- +
---> 1.4 Magnetische Feldstärke #+
  
    - Erregerfeld    - Erregerfeld
    - die magnetische Spannung wird auch gelegentlich als MMK (magnetomotorische Kraft) oder Durchflutung (da sie mit dem fließenden Strom in Beziehung steht) bezeichnet. Einprägsamer für die Betrachtung der Magnetischen Effekte ist aber die magnetische Spannung.    - die magnetische Spannung wird auch gelegentlich als MMK (magnetomotorische Kraft) oder Durchflutung (da sie mit dem fließenden Strom in Beziehung steht) bezeichnet. Einprägsamer für die Betrachtung der Magnetischen Effekte ist aber die magnetische Spannung.
  
---> Ziele und Video # +<callout>
- +
-<WRAP group> <WRAP half column>+
  
 ==== Ziele ==== ==== Ziele ====
Zeile 205: Zeile 85:
   - für eine gegebene Anordnung aus stromdurchflossenen Leitern das Durchflutungsgesetz anwenden können.   - für eine gegebene Anordnung aus stromdurchflossenen Leitern das Durchflutungsgesetz anwenden können.
  
-</WRAP> <WRAP half column>+</callout>
  
 ==== Video ==== ==== Video ====
  
-Die elektrische Ladung +Bitte sehen Sie sich auf der Seite des [[https://lx3.mint-kolleg.kit.edu/onlinekursphysik/html/1.4.3/xcontent3.html|KIT-Brückenkurs >> 4.3.4 Spulen (*)]] die Inhalte (Text, Videos, Übungen) an. Achten Sie darauf, dass in der Auswahlleiste oben "Gesamt" ausgewählt wurde. 
- +
-{{youtube>JnYrmCaQfcM}} +
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-</WRAP> </WRAP> +
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---> Aufgaben # +
-=== Aufgabe 1 === +
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-<WRAP group> <WRAP half column> text +
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-[[https://phet.colorado.edu/sims/html/charges-and-fields/latest/charges-and-fields_de.html|PHET: Charges and Fields]] </WRAP> </WRAP> +
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---> 1.5 Materie im Magnetischen Feld # +
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---> Ziele und Video # +
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-<WRAP group> <WRAP half column> +
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-==== Ziele ==== +
- +
-Nach dieser Lektion sollten Sie: +
- +
-  - die beiden feldbeschreibenden Größen des magnetostatischen Feldes kennen. +
-  - in der Lage sein, den Zusammenhang dieser beiden Größen über das Materialgesetz zu beschreiben und anzuwenden. +
-  - die Einteilung der magnetischen Werkstoffe kennen. +
-  - in der Lage sein, aus einer Magnetisierungskennlinie die relevanten Daten abzulesen +
- +
-</WRAP> <WRAP half column> +
- +
-==== Video ==== +
- +
-Ein lebendiger Frosch ("Diamagnet") schwebt in einem sehr starken Magnetfeld +
-{{youtube>KlJsVqc0ywM?start=45}} +
- +
-Schöne Darstellung von Magnetisierung und Entmagnetisierung von weichmagnetischen Material +
-{{youtube>cEGP50lopYA?start=7&end=128}} +
- +
-https://www.youtube.com/watch?v=cEGP50lopYA +
-</WRAP> </WRAP> +
- +
-<-- +
- +
---> Aufgaben # +
-=== Aufgabe 1 === +
- +
-<WRAP group> <WRAP half column> text +
- +
-</WRAP> <WRAP half column> +
- +
-[[https://phet.colorado.edu/sims/html/charges-and-fields/latest/charges-and-fields_de.html|PHET: Charges and Fields]] </WRAP> </WRAP> +
- +
-<-- +
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-<-- +
- +
---> 1.6 Der lineare magnetische Kreis # +
- +
---> Ziele und Video # +
- +
-<WRAP group> <WRAP half column> +
- +
-==== Ziele ==== +
- +
-Nach dieser Lektion sollten Sie: +
- +
-  - wissen,  unter welchen Annahmen die Berechnung an einem linearen magnetischen Kreis erfolgen kann. +
-  - in der Lage sein, das Durchflutungsgesetz auf einen magnetischen Kreis anzuwenden +
-  - das ohmsche Gesetz des magnetischen Kreises kennen. +
-  - in der Lage sein, ein Ersatzschaltbild für einen magnetischen Kreis zu erstellen. +
-  - die magnetischen Widerstände eines linearen magnetischen Kreises berechnen können. +
-  - in der Lage sein, alle relevanten Größen des linearen magnetischen Kreises zu berechnen. +
- +
-</WRAP> <WRAP half column> +
- +
-==== Video ==== +
- +
-Die elektrische Ladung +
- +
-{{youtube>JnYrmCaQfcM}} +
- +
-</WRAP> </WRAP> +
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-<-- +
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---> Aufgaben # +
-=== Aufgabe 1 === +
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-<WRAP group> <WRAP half column> text +
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-</WRAP> <WRAP half column> +
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-[[https://phet.colorado.edu/sims/html/charges-and-fields/latest/charges-and-fields_de.html|PHET: Charges and Fields]] </WRAP> </WRAP> +
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-<-- +
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-<-- +
- +
---> 1.7 Der nichtlineare magnetische Kreis # +
- +
---> Ziele und Video # +
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-<WRAP group> <WRAP half column> +
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-==== Ziele ==== +
- +
-Nach dieser Lektion sollten Sie: +
- +
-  - die Grenzen der linearisierten Berechnung eines magnetischen Kreises kennen. +
-  - in der Lage sein, einfache nichtlineare Aufgabenstellungen mit Hilfe einer Magnetisierungskennlinie zu lösen. +
- +
-</WRAP> <WRAP half column> +
- +
-==== Video ==== +
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-Die elektrische Ladung +
- +
-{{youtube>JnYrmCaQfcM}} +
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-</WRAP> </WRAP> +
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---> Aufgaben # +
-=== Aufgabe 1 === +
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-<WRAP group> <WRAP half column> text +
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-</WRAP> <WRAP half column> +
- +
-[[https://phet.colorado.edu/sims/html/charges-and-fields/latest/charges-and-fields_de.html|PHET: Charges and Fields]] </WRAP> </WRAP> +
- +
-<-- +
- +
-<-- +
- +
- +
---> 1.8 Anwendungsbeispiele # +
- +
-  * Ferritperlen  +
- +
-{{:ferritperle_imgehaeuse.jpg?200|}} +
-{{:Ferritperle_offen.jpg?200|}} +
-{{:Ferritperle_einzeln.jpg?200|}} +
- +
- +
- +
---> Ziele und Video # +
- +
-<WRAP group> <WRAP half column> +
- +
-==== Ziele ==== +
- +
-Nach dieser Lektion sollten Sie: +
- +
-  - wissen, was eine Elementarladung ist und dass zwischen Ladungen Kräfte wirken. +
-  - das Coulombsche Gesetz kennen. +
-  - die Richtung der Kräfte anhand gegebener Ladungen bestimmen können. +
-  - die wirkenden Kraftvektoren in einer Skizze darstellen können. +
-  - in der Lage sein, einen Kraftvektor durch Überlagerung mehrerer Kraftvektoren mit Hilfe der Vektorrechnung zu bestimmen +
-  - in der Lage sein, für einen Kraftvektor folgende Größen anzugeben: +
-      - Kraftvektor in Koordinatendarstellung +
-      - Betrag des Kraftvektors +
-      - Winkel des Kraftvektors +
- +
-</WRAP> <WRAP half column> +
- +
-==== Video ==== +
- +
-Die elektrische Ladung +
- +
-{{youtube>JnYrmCaQfcM}} +
- +
-</WRAP> </WRAP> +
- +
-<-- +
- +
---> Aufgaben # +
-=== Aufgabe 1 ===+
  
-<WRAP group> <WRAP half column> text 
  
-</WRAP> <WRAP half column>+==== Aufgaben ==== 
 +Siehe KIT-Brückenkurs
  
-[[https://phet.colorado.edu/sims/html/charges-and-fields/latest/charges-and-fields_de.html|PHET: Charges and Fields]] </WRAP> </WRAP> 
  
-<--+<WRAP pagebreak /> 
 +====== Weiterführende Links ======
  
-<--+  * Folien der Kinderuni 2019: [[praesenationen:folien_und_erklaerung_zur_kinderuni|Von Duplomotor bis Alufolienbremse]] 
 +  * [[https://www.ipes.ethz.ch/mod/lesson/view.php?id=21&pageid=64| IPES ETHZ]]: interaktive Darstellung der Flussänderung mit der Permeabilität und Geometrie eines durchflossenen Objekts 
 +  * [[https://www.ipes.ethz.ch/mod/lesson/view.php?id=21&pageid=63| IPES ETHZ]]: interaktive Darstellung zur magnetischen Abschirmung 
 +  * [[https://www.ipes.ethz.ch/mod/lesson/view.php?id=22| IPES ETHZ]]: interaktive Darstellung zum Feld einer Spule