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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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:Stabmagnete, Netzgerät, Kabel, Spule mit 500 Windungen, Waage, Stativmaterial
  
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==Aufgaben zur Trägheit und geradlinig gleichförmigen Bewegung==
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;Theoretischer Hintergrund
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===1 Anschnallen===
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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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Die Gurtpflicht beim Autofahren wurde in der Bundesrepublik Deutschland 1976 für die Vordersitze und 1984 für die Rücksitze eingeführt. Für Reisebusse gilt sie seit 1999.
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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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<br> Erkläre aus physikalischer Sicht die Funktion des Sicherheitsgurtes.
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::<math>Q_m=\frac{F}{H}</math>
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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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: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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::<math>Q_m=\frac{F}{H} = F\, \frac{l}{n\, I}</math>
  
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===2 "Anschubsen"===
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Anna "schubst" eine liegende Münze auf dem Tisch an. Nach ungefähr einem Meter bleibt die Münze liegen. Wenn sie die Münze auf die Kante stellt und anschubst, dann rollt die Münze viel weiter.
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<br>Erkläre das mit Hilfe der wirkenden Kräfte auf die Münze.
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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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::<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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===3 Die Erddrehung===
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;Aufbau
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Die Erde dreht sich in 24 Stunden einmal um sich selbst. Dadurch bewegen wir uns in Freiburg mit einer Geschwindigkeit von ca. 1000 km/h von Westen nach Osten.  
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[[Datei:Versuchsaufbau Magnetische Ladung von oben.jpg|thumb|350px|Eine Haushaltswaage dient als Kraftmesser.]]
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<br>a) Springe ich in Freiburg vom Boden hoch, dann berühre ich die Erde nicht mehr. Dann müßte sie sich doch mit 1000km/h unter mir wegbewegen? Erkläre warum das nicht so ist.
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*Das Netzgerät bildet mit der Spule und dem Ampèremeter einen geschlossenen Stromkreis.
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<br>b) Wenn ein Flugzeug mit der Geschwindigkeit von 1000km/h von Osten nach Westen fliegt, dann steht es eigentlich still. Warum braucht es trotzdem Motoren, die es antreiben?
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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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===4 Ein Luftkissenball===
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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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[[Datei:Aufgabe_Luftkissenfußball_Bahn.png|right|400px]]
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Ein Luftkissenball bewegt sich auf der gezeichneten Bahn:
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<br>(1) Anschubsen
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<br>(2) Niemand berührt den Ball
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<br>(3) eine Rechtskurve
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<br>(4) Niemand berührt den Ball
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<br>(5) Anhalten
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Zeichne für alle Phasen der Bewegung die wirkende Kraft mit einem Pfeil ein.
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<br style="clear: both" />
 
<br style="clear: both" />
  
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===5 In der Straßenbahn===
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;Beobachtungen
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[[Datei:Straßenbahn_fahren.jpg|thumb|left]]
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Spule
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Peter fährt mit der Straßenbahn in die Schule.
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*In welchen Situationen muss er sich festhalten, wann nicht?
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    Windungsanzahl: 
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*Erkläre dies mit den Begriffen Massenträgheit und Kraft.
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<br style="clear: both" />
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Länge in cm und m:
  
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===6 Kinderwagen schieben===
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Kleiner Stabmagnet
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Manfred schiebt den Kinderwagen mit einer gleichbleibenden Geschwindigkeit. Dazu muss er mit einer Kraft von 10N drücken. Der Kinderwagen hat eine Masse von 7kg.
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<br>Zeichne in das Schnittbild des Kinderwagens alle wirkenden Kräfte ein. (<math>1\,\rm cm \hat = 10\,\rm N</math> )
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Abmessungen der Stirnfläche:
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Stirnfläche in cm^2 und m^2:
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===7 Flugzeug fliegen===
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Damit ein Airbus 350 mit konstant 900km/h fliegen kann wird er von zwei Triebwerken mit zusammen ca. 600kN angeschoben. Er hat eine Masse von ca. 150t.
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          Stromstärke in A | "Masse" in g | Kraft in N  
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<br>Zeichne in das Schnittbild die wirkenden Kräfte maßstabsgerecht ein. (<math>1\,\rm cm \hat = 300000\,\rm N</math>)
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Nordpol:                 |              |    
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                          |              |
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===8 Fahrrad fahren===
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  Südpol:                 |             |    
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Wenn Diana konstant mit einer großen Geschwindigkeit fahren will, dann muss sie auch "fest reintreten". Warum ist das wohl so?
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                          |             |
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<br>a) Erkläre warum Diana langsamer wird, wenn sie aufhört zu treten.
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[[Datei:Fahrrad_Widerstandsdiagramm_kmProh.png|left|400px]]Den Widerstand durch die Reibung der Räder am Boden nennt man Rollwiderstand, den Widerstand durch die Reibung an der Luft Luftwiderstand. Das Diagramm zeigt wie groß der Rollwiderstand, der Luftwiderstand und der Gesamtwiderstand bei verschiedenen Geschwindigkeiten ist.
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<br>b) Wie groß ist der Rollwiderstand, der Luftwiderstand und der Gesamtwiderstand bei 20km/h und bei 40km/h?
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<br>c) Zeichne in die beiden Schnittbilder die wirkenden Kräfte bei 25km/h und bei 50km/h ein. (<math>1\,\rm cm \hat = 50\,\rm N</math>) Diana hat mit Rad eine Masse von 50kg.
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<br>d) Erkläre nun, warum Diana bei größeren Geschwindigkeiten auch fester treten muss.
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<br style="clear: both" />
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[[Datei:FahrradfahrerIn_Schnittbild.png|350px]]
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===[[Aufgaben zur Trägheit und geradlinig gleichförmiger Bewegung (Lösungen)|Lösungen]]===
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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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