*: Unterschied zwischen den Versionen

Aus Schulphysikwiki
Wechseln zu: Navigation, Suche
 
(556 dazwischenliegende Versionen des gleichen Benutzers werden nicht angezeigt)
Zeile 1: Zeile 1:
−
__NOTOC__====Was ist Kraft?====
+
__NOTOC__
−
Im Alltag wird oft der Begriff "Kraft" benutzt. Dabei ist aber nicht immer der physikalische Kraftbegriff gemeint. In vielen Fällen ist auch die in einem Gegenstand enthaltene Energie gemeint.
+
{|
−
*Woran kann man erkennen, dass im physikalischen Sinne eine Kraft wirkt?
+
|height="850px"|
−
*Bei welchen der folgenden Aussagen ist der Begriff "Kraft" im physikalischen Sinne gemeint?
+
|}__NOTOC__
−
:Bei welchen ist eher die Energie gemeint und bei welchen etwas ganz anderes?
+
==Praktikum: Messen der magnetischen Ladung==__NOTOC__
 +
===Arbeitsauftrag===
 +
*Messen Sie die Nordpol- und die Südpolladung der Stabmagnete.
 +
*Messen Sie die magnetische Polarisation der Stabmagnete.
  
−
#Windkraftwerke werden oft in Küstennähe gebaut.
+
;Material
−
#Er schiebt den Einkaufswagen mit voller Kraft nach vorne.
+
:Stabmagnete, Netzgerät, Kabel, Spule mit 500 Windungen, Waage, Stativmaterial
−
#Die frischen Blätter leuchten in einem kräftigen Grün.
+
−
#Kraft ihres Amtes verlieh sie ihm einen Orden.
+
−
#Auch beim Basketball kann Krafttraining sinnvoll sein.
+
−
#Die Schwerkraft zieht Mond und Erde zusammen.
+
−
#Es herrscht ein Mangel an Fachkräften.
+
−
#Benzin und Diesel sind Kraftstoffe für Motoren.
+
−
#Sie tritt mit voller Kraft in die Pedale.
+
−
#Mit freudiger Tatkraft gingen sie an's Werk.
+
−
#In dieser Pflanze steckt eine große Heilkraft.
+
  
−
====Luftballon====
+
;Theoretischer Hintergrund
−
Paul hält einen Luftballon zwischen seinen Händen.
+
:a) Die Feldstärke wurde ursprünglich als [[Die_Feldstärke_als_gerichteter_Ortsfaktor|Ortsfaktor]] festgelegt: <math>H=\frac{F}{Q_m}</math>
−
:'''a)''' Wie verändert sich der Ballon durch das Festhalten?
+
: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:
−
:'''b)''' Schneide dann den Ballon frei und zeichne die Kräfte ein, die auf den Luftballon wirken.
+
::<math>Q_m=\frac{F}{H}</math>
−
:'''c)''' Steht der Ballon unter Druck- oder unter Zugspanung?
+
:b) Die [[Die_magnetische_Feldstärke|Feldstärke]] wurde dann mit Hilfe einer Spule festgelegt, was auch praktikabel ist: <math>H=\frac{n\, I}{l}</math>
−
:'''d)''' Gib weitere Beispiele an, bei denen zwei gleichgroße Kräfte einen Körper verformen.
+
: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>
  
−
====Tauziehen====
+
{|
−
[[Datei:Aufgabe Kraft Tauziehen.jpg|798px]]
+
|style="vertical-align:top;"|
−
<br>Beide Mannschaften ziehen gleich stark. Die einzelnen Personen ziehen mit einer Kraft von <math>F_1=295\,\rm N \ ; \ F_2=380\,\rm N \ ; \ F_3=365\,\rm N \ ; \ F_4=210\,\rm N \ ; \ F_5=300\,\rm N \ ; \ F_6=150\,\rm N </math>
+
: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:
−
:'''a)''' Schneide das Seil frei und zeichne die Kraftpfeile ein. Das Seil kannst du 19cm lang zeichnen. Die Kraftpfeile im Maßstab: <math>0{,}5\,\rm cm \ \widehat{=} \ 100 \,\rm N</math>.
+
::<math>\textrm{}\quad \mu_0\, \bar H \, A = Q_m = - \bar J \, A </math>
−
:'''b)''' Mit welcher Kraft zieht die 7. Person?
+
:Man kann die magnetische Polarisation mit der rechten Seite der Gleichung bestimmen, indem man auflöst:
−
:'''c)''' (Zusatzfrage) Wenn das Seil zu dünn ist, kann es auch reißen, was sehr gefährlich ist. Warum wird das Seil wohl am ehesten in der Mitte reißen?
+
::<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.
 +
||
 +
[[Datei:Elektret Polarisierungslinien Polarisierungsladungen Feldlinien Gauß.png|thumb|314px|]]
 +
|}
  
−
====Eine Tasche festhalten und loslassen====
+
;Aufbau
−
[[Datei:Aufgabe Kraft Tasche halten.jpg|thumb|150px]]
+
[[Datei:Versuchsaufbau Magnetische Ladung von oben.jpg|thumb|350px|Eine Haushaltswaage dient als Kraftmesser.]]
−
Maria hat ihre Schultasche gewogen, sie hat eine Masse von 3kg. Dann hebt sie sie hoch und hält sie fest. Als sie keine Lust mehr hat festzuhalten, läßt sie einfach los.
+
*Das Netzgerät bildet mit der Spule und dem Ampèremeter einen geschlossenen Stromkreis.
−
:'''a)''' Schneide die Tasche frei und zeichne die wirkenden Kräfte ein. (<math>1\,\rm cm \ \widehat{=} \ 10 \,\rm N</math>)
+
:Das Ampèremeter wird zur Stromstärkemessung auf "10A" gestellt, und die entsprechende Buchse für das Kabel gewählt.
−
::1) Vor dem Loslassen
+
*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.
−
::2) Kurz nach dem Loslassen
+
:Bei kurzen Stabmagneten kann man das Messergebnis verbessern, wenn man zwei Stabmagnete zu einem langen Magnet verbindet.
−
:'''b)''' Erkläre anhand der Zeichnungen, warum die Tasche erst fällt, wenn Maria losläßt.
+
−
 
+
−
====Eine Spielzeugpistole====
+
−
[[Datei:Aufgabe Kraft Spielzeugpistole.jpg|thumb|300px]]
+
−
Schaue dir die Zeichnung der Spielzeugpistole an.
+
−
:'''a)''' Wie funktioniert die Pistole?
+
−
:'''b)''' Schneide die Kugel frei und zeichne die auf sie wirkenden Kräfte ein.
+
−
::1) Vor dem Abdrücken
+
−
::2) Nach dem Abdrücken
+
−
:'''c)''' Erkläre mit den Zeichnungen von 1) und 2) die Wirkung auf die Kugel.
+
 
<br style="clear: both" />
 
<br style="clear: both" />
 +
 +
;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
 +
[[Datei:Versuchsaufbau_Messung_magnetische_Ladung.jpg|thumb|200px]]
 +
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.

Von „http://www.schulphysikwiki.de/index.php?title=*&oldid=18405“