Physik: Selbstinduktion von Spulen - wo liegt mein Fehler bei den Aufgaben?
Hallo Community,
als Vorbereitung auf die Schulaufgabe habe ich dieses Arbeitsblatt zur Übung genutzt, doch mein Lehrer kann die Ergebnisse vor der Klausur leider nicht mehr überprüfen.
Besonders bei der e) ist das Ergebnis sehr unrealistisch (eine Spule mit knapp 250.000 Windungen :D).
Ich wäre dankbar, wenn mich die Physiker berichtigen könnten.
Vielen Dank!
4 Antworten
Der Graph U(t) ist ein wenig inkonsistent, aber dein L ist schon etwa OK (ich komme grob eher auf 250H)
Auch das N stimmt.
Bei Luftspulen braucht man halt viele Windungen - gerade deswegen nimmt man ja einen Eisenkern.
Was nicht stimmt:
Beim Einschalten ist nicht wie du schreibst
Uind(t) = I(t)*R0
Es gilt vielmehr:
Uind(t) + 4V = I(t)*R
I(t) = (Uind(t)+4V)/100Ohm
Ergänzungsvorschlag zur Teilaufgabe e)
Mit den grafisch ermittelten Messwerten vom Einschaltvorgang
U0 = - 4V ; u(t) = - 1V ; t = 3s ; R = 100Ω
kann die Induktivität berechnet werden.
Einschaltvorgang:
u(t) = U0 · exp (- t · R / L)
u(t) / U0 = exp (- t · R / L)
ln [ u(t) / U0 ] = - t · R / L
- ln [ u(t) / U0 ] = t · R / L
L = - t · R / ln [ u(t) / U0 ] = - 3s · 100Ω / ln 0,25 ≈ 216 H
Ausschaltvorgang:
U0 = 8V ; u(t) = 3V ; t = 1s ; R = 200Ω
L = - t · R / ln [ u(t) / U0 ] = - 1s · 200Ω / ln 0,375 ≈ 204 H
Die Differenz der Induktivitäten von Ein- und Ausschaltvorgang beruht besonders auf grafische Mängel.
Gruß, H.
Prinzipiell ist Deine Lösung richtig. Bei der verhältnismäßig enorm großen Induktivität ist bei der gegebenen Spule ohne Fe-Kern auch eine große Anzahl Windungen erforderlich. Diese lässt sich überschlägig mit der berechneten Induktivität von ca. 200 Henry etwas genauer bestimmen. Diese Aufgabe ist jedoch m.E. recht theorielastig, wenn man die praktischen Nebenbedingungen, wie z.B. den ohmsche Widerstand einer solchen realen Spule (sehr langer Leiter mit sehr kleinem Leiterquerschnitt) berücksichtigt. Ich vermute, dass dieser Widerstand durch Ro verkörpert wird. Überprüfe noch einmal den Tangentenanstieg an der Stelle t = 0.
Ich denke mal das Ergebnis scheint richtig zu sein. Die Schule, Lehre von mir ist aber schon viel zu lange her. Ich bin jetzt 58 Jahre alt und hatte mein ganzes Arbeitsleben nichts mehr damit zu tun.
Hier kam die Aufgabe her, Lösung ist inklusive https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/elektromagnetische-induktion/aufgabe/rund-um-die-selbstinduktion
Danke, Halswirbelstrom. Aber prinzipiell habe ich die Aufgabe richtig gelöst, wenn ich es so grafisch machen sollte und es ist eigentlich richtig, dass die Spule knapp 250.000 Windungen haben muss?