Physik ich verstehe nichts mehr :((?
Hallo Zusammen,
ich sitze schon mega lange an meinen Aufgaben und komme nicht mehr weiter. Auf einen Ansatz komm ich auch nicht weil das Thema einfach nicht verstehe
Die Aufgabe: Erläutere wie sich die Wechselspannung ändert, wenn man
a) den Betrag B der magnetischen Feldstärke verdoppelt,
b) die Frequenz halbiert
c) zugleich B verdoppelt und die Frequenz halbiert
Danke im voraus
3 Antworten
siehe Physik-Formelbuch,was du in jedem Buchladen bekommst.
Kapitel,Elektrizitätslehre,Magnetisches Feld,Induktion im bewegtenleiter
Wir haben hier eine Leiterschleife,die sich im magnetischen Feld bewegt.
Die Spannung wird an den beiden Enden der Leterschleife abgegriffen und auf den Bildschirm sichtbar gemacht.
im Physik-Formelbuch findest du dazu auch eine Zeichung
Es gilt die Rechte-Hand-Regel
Formel: U=-B*l*v
B=Induktion des Magnetfeldes in Vs/m² (Volt mal Sekunde durch Quadratmeter)
l=Länge des Leiters in m (Meter)
v=Geschwindigkeit in m/s (Meter pro Sekunde) mit der sich der Leiter im Magnetfeld bewegt
a) wenn sich B verdoppelt,so verdoppelt sich auch die Spannung in der Leiterschleife
b) halbiert sich die Frequenz,so halbiert sich auch die Geschwindigkeit v,mit der sich die Leiterschleife im Magnetfeld bewegt.
Dann halbiert sich auch die Spannung
Umfang vom Kreis U=2*r*pi
Umfangsgeschwindigkeit v=U*n^(-s)=2*r*pi*n^(-s)=r*2*pi*n^(-1) w=2*pi*n^(-s)
n^(-s)=Umdrehungen pro Sekunde
2*pi=Vollkreis in rad (Radiant=Winkel in Bogenmaß)
w=2*pi/T T=Dauer für eine Umdrehung,ist eine positive Halbwelle und ein negative Halbwelle auf dem Bildschirm
f=1/T → T=2*pi/w
f=2*pi/w → w=2*pi*n^(-s)
f=2*pi/(2*pi*n^(-s))=1*1/(n^(-s)/1=1/n^(-s)=n^(s)
f=n in Hz (Hertz) n=Umdrehungen pro Sekunde
Beispiel:Dreht sich die Welle mit der Leiterschleife 3 mal pro Sekunde,dann ergibt sich auf dem Bildschirm eine Frequenz von f=3 Hz (Hertz)
Für 1 positive Halbwelle und negative Halbwelle ist dann T=1 Sekunde/3=1/3 s
Das Ganze dann 3 mal pro Sekunde f=1/T=1/(1/3)=3 Hz
c) gleichzeigtig B verdoppelt und die Frequenz halbiert
B verdoppelt → doppelte Spannung
f halbiert → halbe Spannung
also ändert sich die Spannung nicht (Ausschlag nach oben und unten),aber die Frequnz wird halbiert
T2=T1/2 → T=Zeit für eine Periode
Also von vorne: Wenn ein Leiter in einem Magnetfeld ist und du die beiden zueinander irgendwie veränderst (den Leiter bewegst, das Magnetfeld bewegst, die Stärke des Magnetfeldes änderst...), dann wird in dem Leiter eine elektrische Spannung erzeugt (= induziert). In diesem Fall wird die Leiterschleife in dem Magnetfeld gedreht. Was du da hast, ist ein einfacher elektrischer Generator (= Dynamo).
Die induzierte Spannung U_ind lässt sich mit einer lästig schwierigen Formel mit diversen Integralen und Ableitungen berechnen, aber zum Glück hat Wikipedia die Formel für genau deinen Fall angepasst und vereinfacht (Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Induktion#Induktionsbeispiel:_Leiterschleife_im_Magnetfeld)
U_ind = B * A * (-2*pi*f) * sin(2*pi*f*t)
Dabei ist B die Flussdichte des Magnetfeldes, A die Fläche der Leiterschleife, f die Drehfrequenz (Drehzahl in Umdrehungen pro sek) und t die Zeit (wie immer).
Was machen jetzt die einzelnen Teile der Gleichung?
sin(2*pi*f*t) ist eine Schwingung, du hast also eine Sinusspannung. Die Spannung wird abwechselnd positiv und negativ. Wenn du an diesem Term etwas änderst, so änderst du die Frequenz der Schwingung.
B * A * (2*pi*f) legt die Spitzenspannung fest, also wie groß die Spannung maximal wird. Wenn du an diesem Term etwas änderst, wird die Spitzenspannung größer oder kleiner werden.
Mit dieser Gleichung kannst du jetzt ein bisschen spielen.
Vorschlag: Lass dir die Gleichung von einem Computer-Algebra-System (z.B. GeoGebra https://www.geogebra.org/calculator) grafisch darstellen, nimm für die Variablen irgendwelche Werte, ändere die Werte einzelner Variablen und schaue, wie sich der Graph der Funktion verändert.
Beispiel: So sieht der Graph der Funktion aus mit B = 1 T, A = 100 cm^2 und f = 2 Hz:
Und das passiert, wenn ich B verdoppele:
Der Ausschlag der Kurve wird größer (doppelt so groß), aber die Frequenz bleibt gleich.
Erkenntnis: Bei größerem B wird die Spannung stärker, aber die Frequenz ändert sich nicht. Das ist klar: Wenn B doppelt so groß ist, ist auch die Spitzenspannung B * A * (2*pi*f) doppelt so groß. In dem Schwingungsterm kommt dagegen kein B vor, die Schwingung selbst ist also von B nicht betroffen.
Übrigens: B ist nicht die magnetische Feldstärke (die heißt H und hängt mit B zusammen) sondern die Flussdichte. Gewöhn dir das gleich an, sonst gibt es nachher nur Verwirrung :-)
Ich kenn deine Situation nur zu gut...
Ich kann dir leider nicht direkt weiterhelfen, jedoch empfehle ich dir auf YouTube nach Videos zum Thema “Wechselspannung” zu suchen (z.B. von simpleclub). Dann versteht Man’s meistens viel schneller und besser . Viel Erfolg ✌🏻