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elektrotechnik_2:das_zeitlich_veraenderliche_magnetfeld [2019/10/04 02:49]
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 Der magnetische Fluss und Induktion (Bewegungsinduktion, Ruheinduktion) =====
  
---> 2.1 Der magnetische Fluss #+<callout>
  
---> Ziele und Video # +=== Ziele ===
- +
-<WRAP group> <WRAP half column> +
- +
-==== Ziele ====+
  
 Nach dieser Lektion sollten Sie: Nach dieser Lektion sollten Sie:
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   - die allgemeine Bedeutung des „Gaußschen Satzes für das Magnetfeld“ kennen.   - 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.   - 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 ====
  
-Definition des magnetischen Flusses +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>pXfD_Rbg4II?start=25}}+ 
 +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.
  
 Vergleich elektrischer vs magnetischer Fluss Vergleich elektrischer vs magnetischer Fluss
 {{youtube>vActzYz_Q2E?start=560}} {{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> text+===== 2.2 Der verkettete Fluss =====
  
-</WRAP> <WRAP half column>+siehe PPT-Folien in ILIAS
  
  
-</WRAP> </WRAP>+<WRAP pagebreak /> 
 +===== 2.3 Selbstinduktion =====
  
-<-- +<callout>
- +
-<-- +
- +
---> 2.2 Induktion (Bewegungsinduktion, Ruheinduktion) # +
- +
---> Ziele und Video # +
- +
-<WRAP group> <WRAP half column> +
- +
-==== Ziele ==== +
- +
-Nach dieser Lektion sollten Sie: +
- +
-  - wissen, dass zwischen Magnetpolen Kräfte wirken und die Richtung der Kräfte kennen. +
-  - wissen, dass sich um einen stromdurchflossenen Leiter ein magnetisches Feld bildet. +
-  - die Feldlinien des magnetischen Feldes skizzieren können. Dabei wissen Sie welche Richtung das Feld hat und wo das Feld am dichtesten ist. +
- +
-</WRAP> <WRAP half column> +
- +
-==== Video ==== +
- +
-Einführung in magnetische Felder +
-{{youtube>pmmmwLuc2ns}} +
- +
-Visualisierung magnetischer Felder +
-{{youtube>lM_ogtchwNc?start=79}} +
- +
-Überlagerung magnetischer Felder (nur bis 04:08) +
-{{youtube>qAOfVXJMxk8?end=248}} +
- +
-</WRAP> </WRAP> +
- +
-<-- +
- +
---> Aufgaben # +
-=== Aufgabe 1 === +
-<WRAP group> <WRAP half column> +
- +
-<quizlib id="quiz" rightanswers="[['a0'],['a2'], ['a2'], ['a0'], ['a1'], ['a2']]" 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> +
-    <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> +
- +
-</WRAP> <WRAP half column> +
-++++Tipp zu 1| +
-Bei St<fs large>__**R**__</fs>omfluss nutzt man welche Hand? +
-++++ +
- +
-++++Tipp zu 2| +
-  * Stellen Sie sich eine Spule mit einer Wicklung bildlich vor, oder malen Sie es auf.  +
-  * 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 +
-  * 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> +
- +
-<-- +
- +
-<-- +
- +
---> 2.3 Der verkettete Fluss # +
- +
---> 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   +
- +
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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. +
- +
-</WRAP> </WRAP> +
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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> +
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-</quizlib> +
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-=== Aufgabe 2 === +
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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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---> 2.4 Selbstinduktion # +
- +
---> Ziele und Video # +
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-<WRAP group> <WRAP half column>+
  
 ==== Ziele ==== ==== Ziele ====
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   - 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> +
- +
-<-- +
- +
-<-- +
- +
---> 2.5 Verschaltung von Induktivitäten #+
  
    - 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 ====
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   - 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+
  
-</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>+==== Aufgaben ==== 
 +Siehe KIT-Brückenkurs
  
-<-- 
  
-<-- +<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