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===Arbeitsauftrag===
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*Messen Sie die Nordpol- und die Südpolladung der Stabmagnete.
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*Messen Sie die magnetische Polarisation der Stabmagnete.
  
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===Praktikum: Die Kennlinie eines Doppelschichtkondensators===
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;Material
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;Der Kondensator betreibt eine Lampe
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:Stabmagnete, Netzgerät, Kabel, Spule mit 500 Windungen, Waage, Stativmaterial
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*Laden Sie den Kondensator mit der Batterie (AUF DIE POLUNG ACHTEN!) und betreiben mit dem Kondensator die LED oder das Glühlämpchen .
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:Notieren Sie Ihre Beobachtungen.
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:Erklären Sie Ihre Beobachtungen mit Hilfe eines Vergleichs zu einem aufgepumptem Fahrradreifen.
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;Messen des Lade- und Entladevorgangs
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*Bauen Sie den Stromkreis nach dem Schaltplan oder dem Vorbild auf.
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*Laden Sie einen vorher vollständig entladenen Kondensator mit einer Batterie auf.
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:Messen Sie während des Ladevorgangs die Spannung am Kondensator und den Ladestrom und tragen Sie Ihre Ergebnisse in eine Tabelle ein. Zu Beginn des Ladevorgangs ist es sinnvoll in kurzen Abständen zu messen, später reichen größere Zeitabstände. Der Kondensator gilt als geladen, wenn die Stärke des Ladestroms weniger als 5 mA beträgt.
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Zeit    t in sec  | 0 | 2 | 4 | 6 | ...
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Spannung    U in V |  |  |  |  | ...
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Stromstärke I in A |  |  |  |  | ...
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:*Erstellen Sie jeweils ein Diagramm des Spannungs und Stromstärkeverlaufs.
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;Theoretischer Hintergrund
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:*Berechnen Sie mit Hilfe der Integration des Stromstärkeverlaufs den Verlauf der Ladung über die Zeit.
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:a) Die Feldstärke wurde ursprünglich als [[Die_Feldstärke_als_gerichteter_Ortsfaktor|Ortsfaktor]] festgelegt: <math>H=\frac{F}{Q_m}</math>
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:*Erstellen Sie ein Diagramm der Spannung über die Ladung.
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:Die Kraft auf einen Probepol kann man leicht messen, aber wie soll man die magnetische Ladung des Pols messen? Man kann die Gleichung nach der Ladung auflösen und das als Festlegung der magnetischen Ladung interpretieren:
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::Berechnen Sie daraus die in den Kondensator hineingeflossene Energie. (Siehe [[Das_Konzept_der_Energie#Berechnung_von_Energiemengen_bei_veränderlichem_Potential|Energie und Potential]])
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::<math>Q_m=\frac{F}{H}</math>
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*Entladen Sie den Kondensator, indem Sie das Lämpchen betreiben.
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:b) Die [[Die_magnetische_Feldstärke|Feldstärke]] wurde dann mit Hilfe einer Spule festgelegt, was auch praktikabel ist: <math>H=\frac{n\, I}{l}</math>
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:Messen Sie während des Entladevorgangs wieder die Spannung und die Stromstärke:
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:Befindet sich nun ein Magnetpol innerhalb einer Spule und man misst die Kraft auf den Pol, so kann man die magnetische Ladung des Pols bestimmen:
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Zeit    t in sec  | 0 | 2 | 4 | 6 | ...
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::<math>Q_m=\frac{F}{H} = F\, \frac{l}{n\, I}</math>
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Spannung    U in V |  |  |  |  | ...
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Stromstärke I in A |  |  |  |  | ...
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:*Erstellen Sie jeweils ein Diagramm des Spannungs und Stromstärkeverlaufs.
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:*Berechnen Sie mit Hilfe der Integration des Stromstärkeverlaufs den Verlauf der Ladung über die Zeit.
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:*Erstellen Sie ein Diagramm der Spannung über die Ladung.
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:c) Die magnetische Polarisation innerhalb des Magneten hängt direkt mit der magnetischen Ladung der Pole und der Feldstärke zusammen. Die [[Die_Maxwellschen_Gleichungen#Quellen_und_Senken_des_magnetischen_Feldes|Maxwellsche Gleichung der Magnetostatik]] lautet:
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::Bestimmen Sie aus dem U-Q-Diagramm die Menge der über die Lampe abgegebenen Energie.
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::<math>\textrm{}\quad \mu_0\, \bar H \, A = Q_m = - \bar J \, A </math>
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:Man kann die magnetische Polarisation mit der rechten Seite der Gleichung bestimmen, indem man auflöst:
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::<math>-J =\frac{Q_m}{A}</math>
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:Dabei ist die Fläche A die Stirnfläche des Stabmagneten. Die magnetische Polarisation entspricht also der Flächenladungsdichte der Pole.
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[[Datei:Elektret Polarisierungslinien Polarisierungsladungen Feldlinien Gauß.png|thumb|314px|]]
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;Aufbau
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[[Datei:Versuchsaufbau Magnetische Ladung von oben.jpg|thumb|350px|Eine Haushaltswaage dient als Kraftmesser.]]
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*Das Netzgerät bildet mit der Spule und dem Ampèremeter einen geschlossenen Stromkreis.
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:Das Ampèremeter wird zur Stromstärkemessung auf "10A" gestellt, und die entsprechende Buchse für das Kabel gewählt.
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*Die Spule wird auf die Waage gestellt und der Stabmagnet mit Hilfe der Klemmen so positioniert, dass der Nord- oder Südpol innerhalb der Spule ist, der jeweils andere Pol möglichst weit weg von der Spule.
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:Bei kurzen Stabmagneten kann man das Messergebnis verbessern, wenn man zwei Stabmagnete zu einem langen Magnet verbindet.
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;Material
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;Beobachtungen
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:Flachbatterie, Kroko-Kabel, Doppelschicht-Kondensator (5,5V/1F), LED, Lämpchen (4V/40mA), zwei Multimeter, Steckbrett, 4 Kabel, einige Steckverbindungen, 4 Verbindungsstangen mit Krokoklemmen, eine Stoppuhr,
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Spule
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    Windungsanzahl:
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Länge in cm und m:
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Kleiner Stabmagnet
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Abmessungen der Stirnfläche:
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Stirnfläche in cm^2 und m^2:
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          Stromstärke in A | "Masse" in g | Kraft in N
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Nordpol:                  |              |     
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==Links==
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[http://de.wikipedia.org/wiki/Doppelschichtkondensator Wikipedia: Doppelschichtkondensator]
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;Alternativer Aufbau
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[[Datei:Versuchsaufbau_Messung_magnetische_Ladung.jpg|thumb|200px]]
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Man kann die Kraft auch mit einem Federkraftmesser bestimmen. Das ist aber schwieriger als mit einer Waage, weil der Magnet entweder in die Spule hineingezogen oder abgestoßen wird und dabei seine Lage ändert. Andererseits sieht man dabei gut die anziehende oder abstoßende Wirkung.

Aktuelle Version vom 4. Mai 2026, 11:33 Uhr

Praktikum: Messen der magnetischen Ladung

Arbeitsauftrag

  • Messen Sie die Nordpol- und die Südpolladung der Stabmagnete.
  • Messen Sie die magnetische Polarisation der Stabmagnete.
Material
Stabmagnete, Netzgerät, Kabel, Spule mit 500 Windungen, Waage, Stativmaterial
Theoretischer Hintergrund
a) Die Feldstärke wurde ursprünglich als Ortsfaktor festgelegt: [math]H=\frac{F}{Q_m}[/math]
Die Kraft auf einen Probepol kann man leicht messen, aber wie soll man die magnetische Ladung des Pols messen? Man kann die Gleichung nach der Ladung auflösen und das als Festlegung der magnetischen Ladung interpretieren:
[math]Q_m=\frac{F}{H}[/math]
b) Die Feldstärke wurde dann mit Hilfe einer Spule festgelegt, was auch praktikabel ist: [math]H=\frac{n\, I}{l}[/math]
Befindet sich nun ein Magnetpol innerhalb einer Spule und man misst die Kraft auf den Pol, so kann man die magnetische Ladung des Pols bestimmen:
[math]Q_m=\frac{F}{H} = F\, \frac{l}{n\, I}[/math]
c) Die magnetische Polarisation innerhalb des Magneten hängt direkt mit der magnetischen Ladung der Pole und der Feldstärke zusammen. Die Maxwellsche Gleichung der Magnetostatik lautet:
[math]\textrm{}\quad \mu_0\, \bar H \, A = Q_m = - \bar J \, A [/math]
Man kann die magnetische Polarisation mit der rechten Seite der Gleichung bestimmen, indem man auflöst:
[math]-J =\frac{Q_m}{A}[/math]
Dabei ist die Fläche A die Stirnfläche des Stabmagneten. Die magnetische Polarisation entspricht also der Flächenladungsdichte der Pole.
Elektret Polarisierungslinien Polarisierungsladungen Feldlinien Gauß.png
Aufbau
Eine Haushaltswaage dient als Kraftmesser.
  • Das Netzgerät bildet mit der Spule und dem Ampèremeter einen geschlossenen Stromkreis.
Das Ampèremeter wird zur Stromstärkemessung auf "10A" gestellt, und die entsprechende Buchse für das Kabel gewählt.
  • Die Spule wird auf die Waage gestellt und der Stabmagnet mit Hilfe der Klemmen so positioniert, dass der Nord- oder Südpol innerhalb der Spule ist, der jeweils andere Pol möglichst weit weg von der Spule.
Bei kurzen Stabmagneten kann man das Messergebnis verbessern, wenn man zwei Stabmagnete zu einem langen Magnet verbindet.


Beobachtungen 
Spule

   Windungsanzahl:  

Länge in cm und m:

Kleiner Stabmagnet

Abmessungen der Stirnfläche:
Stirnfläche in cm^2 und m^2:

         Stromstärke in A | "Masse" in g | Kraft in N 
Nordpol:                  |              |      
                          |              |
 Südpol:                  |              |     
                          |              |
Alternativer Aufbau
Versuchsaufbau Messung magnetische Ladung.jpg

Man kann die Kraft auch mit einem Federkraftmesser bestimmen. Das ist aber schwieriger als mit einer Waage, weil der Magnet entweder in die Spule hineingezogen oder abgestoßen wird und dabei seine Lage ändert. Andererseits sieht man dabei gut die anziehende oder abstoßende Wirkung.

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