Schulphysikwiki - Letzte Änderungen [de]

Aufgaben zum Elektro-Magnetismus

2026-05-11T11:32:36Z

‎Primär und Sekundärspule II

Datei:Aufgabe Primär Sekundärspule Spannungsverlauf Sinusförmig.png

2026-05-11T11:14:27Z

Patrick.Nordmann lud „Datei:Aufgabe Primär Sekundärspule Spannungsverlauf Sinusförmig.png“ hoch By Patrick Nordmann (schulphysikwiki.de) [https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/]

Aufgaben zum Elektro-Magnetismus

2026-05-11T11:02:33Z

‎Primär und Sekundärspule I

Aufgaben zum Elektro-Magnetismus (Lösungen)

2026-05-11T10:46:47Z

‎Primär und Sekundärspule

Aufgaben zum Elektro-Magnetismus

2026-05-11T10:46:36Z

‎Primär und Sekundärspule

Aufgaben zum Elektro-Magnetismus (Lösungen)

2026-05-10T18:39:13Z

‎Eine Spule taucht ein

Lernzirkel: Induktion

2026-05-10T18:27:49Z

‎Rechnerische Anwendung des Induktionsgesetzes (magnetische Feldkonstante)

Aufgaben zur Lorentzkraft (Lösungen)

2026-05-10T18:22:58Z

Die Seite wurde neu angelegt: „==Kraftwirkung auf elektrische Stöme im Magnetfeld== ===Zug- und Druckspannungen im Magnetfeld=== =====Kraft zwischen (anti-)parallelen Strömen I===== In den…“

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==Kraftwirkung auf elektrische Stöme im Magnetfeld==
===Zug- und Druckspannungen im Magnetfeld===
=====Kraft zwischen (anti-)parallelen Strömen I=====
In den Zeichnungen ist ein senkrechter Schnitt durch zwei stromdurchflossene parallele Kabel dargestellt. Die Stromrichtung ist durch ein Kreuz oder einen Punkt markiert.
a) Zeichnen Sie einige Feldlinien in roter Farbe und einige Feldflächen in grüner Farbe ein.

b) Wie wirkt das Magnetfeld auf die Kabel? Zeichnen Sie Kraftpfeile ein.

c) Erklären Sie die Kraftwirkung mit Hilfe von Zug- und Druckspannungen.
:Längs der Feldlinien steht das Magnetfeld unter Zugspannung, längs der Flächen unter Druckspannung. "Die Feldlinien sind wie sich abstoßende Gummibänder." (Vgl. [[Graphische_Darstellung_von_Feldern#Druck-_und_Zugspannung_eines_Feldes|hier]])

<gallery widths=260px heights=240px perrow=2>
Bild:Magnetfeld Zwei Kabel parallel Kraftpfeil.png|Die "Gummibänder" umschließen die Kabel und ziehen sie aufeinander zu.
Bild:Magnetfeld Zwei Kabel antiparallel Kraftpfeil.png|Die "Gummibänder" werden längs der Feldflächen auseinandergedrückt.
</gallery>

=====Kräfte auf Kabel und Spule=====
Hier ist der senkrechte Schnitt durch ein stromdurchflossenes Kabel und eine stromdurchflossene Spule dargestellt.

:a) Zeichnen Sie einige Feldlinien (rot) und Feldflächen (grün) ein.
:b) Welche Wirkung haben die Zug- und Druckspannungen auf das Kabel und welche auf die Spule?

<gallery widths=320px heights=240px perrow=2>
Bild:Magnetfeld Kabel.png|Das Magnetfeld um das Kabel drückt längs der Feldflächen auf das Kabel. Das Kabel wird also zusammengedrückt!
Bild:Spule weit 4Windungen gespiegelt.png|Viele Feldlinien umschlingen alle Windungen der Spule. Das Magnetfeld zieht also die Spule längs ihrer Achse zusammen. Die Flächen verlaufen senkrecht zur Achse zwischen den Kabeln. Das Feld drückt also von Innen gegen die Windungen, und "will" den Radius der Spule vergrößern.
</gallery>

=====Strom verändert das homogene Feld=====
Ein stromdurchflossenes Kabel befindet sich zwischen den Polen eines Rechteckmagneten. Durch das Magnetfeld des Kabels verändert sich das Feld zwischen den Polen.
a) Zeichen Sie einige Feldlinien (rot) und Flächen (grün) ein.

b) Erklären Sie die Kraftwirkung mit Hilfe von Zug- und Druckspannungen.

c) Erläutern Sie die "Drei-Finger-Regel" oder auch "UVW-Regel" und kennzeichnen Sie die Richtung der Lorentzkraft mit einem Pfeil. Warum verwenden manche die linke und manche die rechte Hand?

:Die Antworten werden im "[[Kraftwirkung_auf_elektrische_Ströme_im_Magnetfeld_-_die_Lorentzkraft#Ein_Probe-Kabel_im_Magnetfeld_-_die_Leiterschaukel|Leiterschaukel-Versuch]]" erläutert.

==Lorentzkraft auf Probeströme im Feld==
=====Richtung der Lorentzkraft=====
Ein stromdurchflossenes Kabel befindet sich in einem homogenen Magnetfeld. Die (technische) Stromrichtung ist mit einem gelben Pfeil gekennzeichnet, die Feldlinienrichtung mit einem roten und die Richtung der Kraft mit einem blauen Pfeil.
*Ergänzen Sie in den Zeichnungen die fehlende Kraft-, Strom oder Feldlinienrichtung in der entsprechenden Farbe.

<gallery widths=180px heights=180px perrow=4 >
Bild:Aufgabe_Drei-Finger-Regel_a_Lösung.png
Bild:Aufgabe_Drei-Finger-Regel_b_Lösung.png
Bild:Aufgabe_Drei-Finger-Regel_c_Lösung.png
Bild:Aufgabe_Drei-Finger-Regel_d_Lösung.png
Bild:Aufgabe_Drei-Finger-Regel_e_Lösung.png
Bild:Aufgabe_Drei-Finger-Regel_f_Lösung.png
</gallery>

=====Kraft zwischen (anti-)parallelen Strömen II=====
[[Datei:Magnetfeld zwei Kabel parallel Probestrom.png|thumb|right|320px]]
Dargestellt ist der senkrechte Schnitt durch zwei parallele Kabel und die Stromrichtungen.
Die Kabel sind 3cm voneinander entfernt und einen halben Meter lang. (Die Dicke der Kabel wird vernachlässigt.) Durch das linke Kabel fließt ein Strom der Stärke von 20 Ampère, durch das rechte ein Strom der Stärke von 3 Ampère.
 Um die Kraftwirkung auf das rechte Kabel zu berechnen, betrachtet man den rechten Strom als Probestrom im Feld des linken Kabels.

a) Zeichen Sie einige Feldlinien des Magnetfeldes des ''linken'' Kabels ein.

b) Bestimmen Sie mit der Drei-Finger-Regel die Richtung der Lorentzkraft auf den rechten Strom und zeichnen Sie die Kraftrichtung ein.

c) Berechnen Sie die Feldstärke des linken Magnetfeldes an der Stelle, an der sich das rechte Kabel befindet.
:Nach dem [[Die_magnetische_Feldstärke#Feldstärke_um_ein_Kabel|Ampèrschen Gesetz]] gilt:
::<math>H=\frac{I}{l} =\frac{I}{2\pi\,r} =\frac{20\,\rm A}{2\pi\cdot 0{,}03\,\rm m} =\frac{20\,\rm A}{0{,}188\,\rm m} =106\rm\frac{A}{m}</math>
d) Berechnen Sie nun die Lorentzkraft auf den rechten Leiter.
:Dazu braucht man die Formel für die Lorentzkraft auf einen Leiter:
::<math>F=\mu_0 \, H \, I \, l </math>
:Achtung! Der Buchstabe <math>l</math> steht hier für die Länge des Leiters, im Ampèrschen Gesetz steht <math>l</math> für die Länge eines geschlossenen Weges!
::<math>F= 1{,}257 \cdot 10^{-6} \frac{\mathrm{V\,s}}{\mathrm{A\,m}} \cdot 106\rm\frac{A}{m} \cdot 3\,\rm A \cdot 0{,}5\,\rm m = 2{,}0 \cdot 10^{-4}\,\rm N = 0{,}20 \,\rm mN </math>
:Die Kraft ist also ziemlich klein.
:Man kann statt dem Zahlenwert der Feldstärke auch das Ampèrsche Gesetz einsetzen und erhält eine allgemeine Formel für die Kraft zwischen zwei parallelen Leitern. Zur Unterscheidung der beiden Stromstärken wird die Probestromstärke in Kleinbuchstaben geschrieben:
::<math>F=\mu_0 \, H \, i \, l =\mu_0 \, \frac{I}{2\pi\,r} \, i \, l = 2\pi\, \mu_0 \, \frac{I\, i}{r}\, l</math>
:Man kann das mit den [[Das Zentralfeld und die Abstandsgesetze (Gravitationsgesetz, Coulomb-Gesetz, magnetisches Coulomb-Gesetz)|Abstandsgesetzen]] von Massen und Ladungen vergleichen. (Gravitationsgesetz und Coulombsche Gesetze)

e) Berechnen Sie nach der gleichen Methode die Lorentzkraft auf den linken Leiter. Überrascht Sie das Ergebnis?
:Man berechnet also die Feldstärke des rechten Kabels an der Stelle des linken Kabels:
::<math>H =\frac{I}{2\pi\,r} =\frac{3\,\rm A}{0{,}188\,\rm m} =15{,}9\rm\frac{A}{m}</math>
::<math>F= 1{,}257 \cdot 10^{-6} \frac{\mathrm{V\,s}}{\mathrm{A\,m}} \cdot 15{,}9\rm\frac{A}{m} \cdot 20\,\rm A \cdot 0{,}5\,\rm m = 2{,}0 \cdot 10^{-4}\,\rm N = 0{,}20 \,\rm mN </math>
:Es kommt also die gleiche Kraft raus! Alles andere wäre auch unlogisch, denn nach der Impulserhaltung oder dem Prinzip "actio gleich reactio" muss das Magnetfeld an beiden Kabeln mit der gleichen Kraft ziehen. Auch die Formel <math>F= 2\pi\, \mu_0 \, \frac{I\, i}{r}\, l</math> hat diese Symmetrie. Es ist egal, ob man I mit i vertauscht oder nicht.
 

=====Definition des Ampères=====
Die Einheit der elektrischen Stromstärke, das Ampère, ist eine der sieben Basiseinheiten des [https://de.wikipedia.org/wiki/Internationales_Einheitensystem internationalen Einheitensystems (SI)]. Alle weiteren Einheiten lassen sich auf diese sieben Basiseinheiten zurückführen. Mit Hilfe von sieben mehr oder weniger praktikablen Messvorschriften wird jeweils eine Einheit festgelegt. Die [https://www.ptb.de/cms/ptb/fachabteilungen/abt2/fb-26/ag-261/diestromstrkeeinheitampere.html Definition des Ampères] lautet (noch bis ca. 2018):
[[Datei:Definition_Ampere.png|thumb]]
:{|
Das Ampere ist die Stärke eines konstanten elektrischen Stromes, der, durch zwei parallele, geradlinige, unendlich lange und im Vakuum im Abstand von einem Meter voneinander angeordnete Leiter von vernachlässigbar kleinem, kreisförmigem Querschnitt ﬂießend, zwischen diesen Leitern je einem Meter Leiterlänge die Kraft <math>2 \!\cdot\! 10^{–7}</math> Newton hervorrufen würde.
|}
Die Festlegung des Ampères gehört offensichtlich zu den nicht praktikablen Festlegungen. Aber wieso diese scheinbar willkürliche Kraft von <math>2 \!\cdot\! 10^{–7}</math> Newton pro Meter?

Berechnen Sie dazu die Kraft, die auf ein ein Meter langes Teilstück dieser "unendlich" langen Leiter ausgeübt wird. (Vergleiche dazu die Aufgabe "Kraft zwischen (anti-)parallelen Strömen II"!)

:Man kann ein Kabel als Probestrom im Magnetfeld des anderen betrachten. Die Feldstärke eines Kabels in einem Abstand von 1m beträgt nach dem Ampèreschen Gesetz:
::<math>H=\frac{I}{l} =\frac{I}{2\pi\,r} =\frac{1\,\rm A}{2\pi\cdot 1\,\rm m}=\frac{1}{2\pi} \,\rm \frac{A}{m}</math>
:Die Lorentzkraft auf ein ein Meter langes Teilstück beträgt damit:
::<math>F=\mu_0 \, H \, I \, l = 1{,}257 \cdot 10^{-6} \frac{\mathrm{V\,s}}{\mathrm{A\,m}} \cdot \frac{1}{2\pi} \,\rm\frac{A}{m} \cdot 1\,\rm A \cdot 1\,\rm m = 2{,}00 \cdot 10^{-7}\,\rm N</math>

=====Feldstärkemessung mit Probestrom=====
[[Datei:Elektro_Magnet_mit_Polen_Linien_Flächen.jpg|thumb||Ein schon älteres Modell eines Elektromagneten mit eingezeichneten Polen, Feldlinien und Flächen.]]
Um die magnetische Feldstärke eines Elektromagneten zu messen, hängt man ein 2cm langes Leiterstück senkrecht zu den Feldlinien in das Magnetfeld und misst die darauf wirkende Lorentzkraft. Bei einer Stromstärke von 20A bestimmt man die Kraftwirkung zu 35mN.

Berechnen Sie die Feldstärke des Magnetfeldes.
:Die Formel für die Lorentzkraft kann man nach der Feldstärke auflösen:
:<math>\begin{alignat}{2}
& F &=& \mu_0 \, H \, I \, l & \\
\Rightarrow & H &=& \frac{F}{\mu_0\,I\,l} \\
& &=& \frac{35\cdot 10^{-3}\,\rm N}{1{,}26 \cdot 10^{-6} \frac{\mathrm{V\,s}}{\mathrm{A\,m}} \cdot 20\,\rm A \cdot 0{,}02\,\rm m} \\
& &=& 69400\,\rm\frac{A}{m}
\end{alignat}
</math>

 

=====Kabel im Erdmagnetfeld=====
Das Erdmagnetfeld hat in Deutschland eine Stärke von ca. 40A/m. (Das entspricht ca. 50 mikroTesla.)

a) Welche Kraft erfährt ein Stromkabel, dass von 20A durchflossen wird und 1m lang ist maximal?
:Die maximale Lorentzkraft beträgt:
::<math> F = \mu_0 \, H \, I \, l =1{,}26 \cdot 10^{-6} \frac{\mathrm{V\,s}}{\mathrm{A\,m}}\cdot 40\,\rm\frac{A}{m}\cdot 20\,\rm A \cdot 1\,\rm m = 1 \,\rm mN</math>
b) Wie muss man das Kabel ausrichten, um die wirkende Kraft möglichst groß oder möglichst klein zu haben?
:Wenn das Kabel senkrecht zu den Feldlinien verläuft, also in West-Ost-Richtung, dann ist die Kraft maximal. Richtet man das Kabel parallel zu den Feldlinien aus, also in Nord-Süd-Richtung und in Deutschland ca. 64° zum Erdboden geneigt, dann gibt es gar keine Kraft auf das Kabel.

==Lorentzkraft auf bewegte Ladungen im Magnetfeld==
=====Flugbahnen=====
Die geladenen Teilchen bewegen sich auf ein begrenztes und homogenes Magnetfeld zu.
:a) in welche Richtung wirkt beim Eintauchen in das Magnetfeld die Lorentzkraft?
:b) Beschreiben Sie die Bahnkurve der Teilchen nach dem Eintauchen und skizzieren Sie eine mögliche in der Zeichnung.

=====Sonnenwind trifft auf das Erdmagnetfeld=====
[[Datei:Erdmagnetfeld_mit_Sonnenwind.jpg|thumb|Eine künstlerische Darstellung des Erdmagnetfeldes und des Sonnenwindes.]]
Der sogenannte "Sonnenwind" besteht aus schnellen, elektrisch positiv oder negativ geladenen Teilchen, die von der Sonne ausgesendet werden. In der Zeichnung sind vier Teilchen und deren Bewegungsrichtung eingezeichnet.
:Kennzeichnen Sie die Kraftrichtung auf die Teilchen mit einem Pfeil.
:Erklären Sie wie sich die Bahn der Teilchen durch das Erdmagnetfeld ändert.

=====Blasenkammer=====

=====Massenspektrometer=====

=====Wienscher Geschwindigkeitsfilter=====
=====Hall-Sonde=====
*Erklären Sie die prinzipielle Funktionsweise einer Hall-Sonde.
:Eine Hall-Sonde besteht aus einem Leiterstück, durch das Strom fließt und sich in einem Magnetfeld befindet. Die bewegten Ladungen (bei Metallen Elektronen) werden durch das Magnetfeld bzw. durch die wirkende Lorentzkraft von ihrer Bahn abgelenkt. In der Sonde entsteht nun eine Ladungstrennung (Spannung) senkrecht zur Bewegungsrichtung der Ladungen und senkrecht zu den magnetischen Feldlinien.
:Die Spannung kann man messen und mit ihrer Hilfe die Stärke des Magnetfeldes berechnen.

Die Zeichnung kann mit der rechten Maustaste gedreht werden.

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|height=514
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}}

*Es wird der Hall-Effekt bei einem Halbleiter und bei Silber untersucht. Folgende Messwerte wurden gefunden:
::Silber: (effektive) Länge l=5mm Höhe h=2cm Dicke d=0,1mm Stromstärke I=20A, Hallspannung U= 0,01 mV
::Germanium, p-dotiert: Länge l=10mm Höhe h=5mm Dicke d=1mm Stromstärke I=80mA, Hallspannung U= -40mV
:In beiden Fällen betrug die magnetische Feldstärke 80000A/m.
:'''a)''' Berechnen Sie jeweils die Geschwindigkeiten der Ladungsträger.
:Auf die Ladungsträger wirkt die Lorentzkraft und eine gleich große, entgegengesetzte elektrische Kraft. ([[Der_Hall-Effekt#Berechnung_der_Hallspannung|Hier]] steht die ausführliche Erklärung.) Daraus läßt sich die Hallspannung berechnen:
::<math>U_H = \mu_0\, v \, H \, h</math>
:Nun kann man nach der Geschwindigkeit auflösen:
:: Silber: <math>v_S =\frac{U_H}{\mu_0 \, H \, h} = \frac{0{,}01 \cdot 10^{-3}\,\rm V}{1{,}257 \cdot 10^{-6} \frac{\mathrm{V\,s}}{\mathrm{A\,m}} \cdot 80000\,\rm \frac{A}{m} \cdot 0{,}02\,\rm m} = 4{,}98\cdot 10^{-3}\,\rm\frac{m}{s} \approx 5{,}0\,\rm \frac{mm}{s}</math>
:: Germanium: <math>v_G = \frac{40 \cdot 10^{-3}\,\rm V}{1{,}257 \cdot 10^{-6} \frac{\mathrm{V\,s}}{\mathrm{A\,m}} \cdot 80000\,\rm \frac{A}{m} \cdot0{,}005\,\rm m} = 79{,}6\,\rm\frac{m}{s}</math>
:Die Elektronen im Silber "schleichen" also nur dahin, während die Löcher des dotierten Germaniums mit fast 300 km/h sausen! Das liegt daran, dass es im Silber viele Elektronen pro Volumen gibt, welche die Ladung transportieren und im Germanium aber nur wenige Löcher. Um die gleiche Stromstärke zu erreichen, müssen die Löcher viel schneller sein als die Elektronen.

:'''b)''' Warum ist das Vorzeichen der Hallspannung unterschiedlich?
:Das kann man gut an der obigen Animation sehen: Bei einer Stromrichtung von links nach rechts bewegen sich die positiven Löcher im Germanium nach rechts, die Elektronen im Silber aber nach links. Mit Hilfe der Drei-Finger-Regel findet man, dass die Lorentzkraft in beiden Fällen nach oben wirkt. Die entstehende Ladungstrennung, und damit die Spannung, ist dadurch unterschiedlich.

Inhalt LK Abi 2027

2026-05-10T18:22:08Z

‎Teilchen in magnetischen und elektrischen Feldern

Aufgaben zur Lorentzkraft

2026-05-10T18:20:42Z

Aufgaben zur Lorentzkraft

2026-05-10T18:19:29Z

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Inhalt LK Abi 2027

2026-05-10T18:18:51Z

‎Teilchen in magnetischen und elektrischen Feldern

*

2026-05-08T19:29:09Z

Änderungen zeigen

Aufgaben zu elektrischen Schaltungen - Lösungen

2026-05-08T19:11:05Z

Datei:Arbeitsblatt Schaltpläne zeichnen A2bunt.png

2026-05-08T09:27:58Z

Patrick.Nordmann verschob die Seite Datei:Arbeitsblatt Schaltpläne zeichnen A2bunt.png nach Datei:Arbeitsblatt Schaltpläne zeichnen Lösungen.png

Datei:Arbeitsblatt Schaltpläne zeichnen A2bunt.png

2026-05-08T09:27:38Z

Patrick.Nordmann lud eine neue Version von „Datei:Arbeitsblatt Schaltpläne zeichnen A2bunt.png“ hoch

Datei:Arbeitsblatt Schaltpläne zeichnen A2.png

2026-05-08T09:27:21Z

Patrick.Nordmann lud eine neue Version von „Datei:Arbeitsblatt Schaltpläne zeichnen A2.png“ hoch Zurückgesetzt auf die Version vom 8. Mai 2026, 09:16 Uhr

Datei:Arbeitsblatt Schaltpläne zeichnen A2.png

2026-05-08T09:26:38Z

Patrick.Nordmann lud eine neue Version von „Datei:Arbeitsblatt Schaltpläne zeichnen A2.png“ hoch

Aufgaben zu elektrischen Schaltungen

2026-05-08T09:16:50Z

Datei:Arbeitsblatt Schaltpläne zeichnen A2.png

2026-05-08T09:16:03Z

Patrick.Nordmann lud eine neue Version von „Datei:Arbeitsblatt Schaltpläne zeichnen A2.png“ hoch Schalter sind auch Begrenzungen

*

2026-05-08T09:03:34Z

Praktikum: Schaltungen

2026-05-08T09:00:09Z

*

2026-05-08T08:59:48Z

Praktikum: Schaltungen

2026-05-08T08:55:51Z

Datei:Wechselschaltung Schaltplan.png

2026-05-08T08:46:13Z

Patrick.Nordmann lud „Datei:Wechselschaltung Schaltplan.png“ hoch By Patrick Nordmann (schulphysikwiki.de) [https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/]

Datei:Wechselschalter Schaltsymbol nach links.png

2026-05-08T08:37:52Z

Patrick.Nordmann lud „Datei:Wechselschalter Schaltsymbol nach links.png“ hoch

Datei:Wechselschalter Schaltsymbol nach rechts.png

2026-05-08T08:37:34Z

Patrick.Nordmann lud „Datei:Wechselschalter Schaltsymbol nach rechts.png“ hoch

Praktikum: Lade-und Entladekurve eines Kondensators

2026-05-07T12:02:02Z

‎Arbeitsauftrag

Praktikum: Lade-und Entladekurve eines Kondensators

2026-05-07T12:00:19Z

Die Seite wurde neu angelegt: „__NOTOC__ ===Arbeitsauftrag=== Messen Sie die Halbwertszeit und die Verdopplungszeit der Spannung beim Aufladen und Entladen eines Kondensators. Berechnen Si…“

Neue Seite

__NOTOC__

===Arbeitsauftrag===
Messen Sie die Halbwertszeit und die Verdopplungszeit der Spannung beim Aufladen und Entladen eines Kondensators. Berechnen Sie die Verdopplungs- und Halbwertszeiten und vergleichen Sie mit den Messwerten.

;Material
:Frequenzgenerator, Steckbrett mit Brückensteckern, Kondensator 1mikroF, Widerstand 1kOhm, Oszilloskop mit zwei Koazialkabeln

;Aufbau
[[Datei:Kondensator Messen der Ladekurve Entladekurve Aufbau.jpg|none|400px|Der Kondensator wird über einen Widerstand an eine gleichgerichte Rechteckspannung angeschlossen.]]

==Auswertung==
<gallery widths=150px heights=130px perrow=4 caption="">
Bild:Kondensator Messen der Ladekurve Entladekurve Beobachtung Analoges Oszilloskop.jpg
Bild:Kondensator Messen der Ladekurve Entladekurve Beobachtung Digitales Oszilloskop.jpg
</gallery>

==Links==
[http://de.wikipedia.org/wiki/Doppelschichtkondensator Wikipedia: Doppelschichtkondensator]

Datei:Kondensator Messen der Ladekurve Entladekurve Beobachtung Digitales Oszilloskop.jpg

2026-05-07T11:49:27Z

Patrick.Nordmann lud „Datei:Kondensator Messen der Ladekurve Entladekurve Beobachtung Digitales Oszilloskop.jpg“ hoch By Patrick Nordmann (schulphysikwiki.de) [https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/]

Datei:Kondensator Messen der Ladekurve Entladekurve Beobachtung Analoges Oszilloskop.jpg

2026-05-07T11:49:15Z

Patrick.Nordmann lud „Datei:Kondensator Messen der Ladekurve Entladekurve Beobachtung Analoges Oszilloskop.jpg“ hoch By Patrick Nordmann (schulphysikwiki.de) [https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/]

Datei:Kondensator Messen der Ladekurve Entladekurve Aufbau.jpg

2026-05-07T11:48:47Z

Patrick.Nordmann lud „Datei:Kondensator Messen der Ladekurve Entladekurve Aufbau.jpg“ hoch By Patrick Nordmann (schulphysikwiki.de) [https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/]

Inhalt Kursstufe

2026-05-07T11:47:19Z

‎Das elektrische Feld

@@ Zeile 181: / Zeile 181: @@
 =====Primär und Sekundärspule II=====
-An die Primärspule von Aufgabenteil I wird nun eine sinusförmige Wechselspannung angelegt. Der ohmsche Widerstand der Spule beträgt <math>10\,\rm \Omega</math>.
+An die Primärspule von Aufgabenteil I wird nun eine sinusförmige Wechselspannung <math>U_1(t)</math> angelegt.
-:'''a)'''
+:'''a)''' Zeigen Sie, dass für die an der Sekundärspule gemessene Induktionsspannung gilt:
 =====Eine Spule taucht ein=====

@@ Zeile 177: / Zeile 177: @@
 :'''c)''' Zeichnen Sie in ein Koordinatensystem den zeitlichen Verlauf der mit dem Oszilloskop gemessenen Induktionsspannung ein.
 :Wie ändert sich der Verlauf der Induktionsspannung, wenn die Sekundärspule in einem Winkel von 30° in der Primärspule liegt?
 <br style="clear: both" />
 =====Eine Spule taucht ein=====

@@ Zeile 303: / Zeile 303: @@
 ==Anwendung des Induktionsgesetzes==
-===Primär und Sekundärspule===
+===Primär und Sekundärspule I===
 [[Datei:Aufgabe_Primär_Sekundärspule.png|thumb|333px]]
 [[Datei:Aufgabe_Primär_Sekundärspule_Stromstärkeverlauf_Dreiecksspannung.png|thumb]]

@@ Zeile 162: / Zeile 162: @@
 ==Anwendung des Induktionsgesetzes==
-=====Primär und Sekundärspule=====
+=====Primär und Sekundärspule I=====
 [[Datei:Aufgabe_Primär_Sekundärspule.png|thumb|333px]]
 [[Datei:Aufgabe_Primär_Sekundärspule_Stromstärkeverlauf_Dreiecksspannung.png|thumb]]

@@ Zeile 378: / Zeile 378: @@
 '''c)''' Kennzeichnen Sie die Polung der Induktionsspannung mit + und - in der Zeichnung.
-:Mit Hilfe der UVW-Regel / Drei-Finger-Regel erhält man die Kraftwirkung auf die Ladungen im Kabel der Schleife. Die positive Ladung wird also nach rechts gedrückt und deshalb entsteht auf dieser Seite des Spannungsmessgerätes auch ein positiver Ladungsüberschuß. (Betrachtet man die Elektronen im Kabel, verwendet man die linke Hand. Die Elektronen werden nach links gedrückt und man erhält das gleiche Ergebnis.)
+:Erste Lösung: Nach dem Induktionsgesetz ensteht längs der Schleife ein elektrisches Feld. Die Richtung ermittelt man mit der linken-Hand-Regel: Die Feldstärke H zeigt in die Zeichenebene und nimmt zu. Daher verläuft die elektrische Feldstärke gegen den Uhrzeigersinn. Die positiven Ladungen erfahren also eine Kraft gegen den Uhrzeigersinn, die Elektronen im Uhrzeigersinn.
 ===Magnet im freien Fall===

@@ Zeile 62: / Zeile 62: @@
 :*Zeigen Sie, dass für die Induktionsspannung bei sinusförmigen Velauf gilt: <math>U_i(t) = 2\pi\, f\, n_1\, n_2\, A\, \frac{\hat U_1}{R \, l}\cos(2\pi\,t)</math>
 :Hinweise:
-::Den Spannungsverlauf ist allgemein: <math>U_i = \hat U \, \sin(2\pi\f \, t)</math>. Der von a1) lautet zB: <math>U_1(t) = 1V \, \sin(2\,\pi\,100Hz\, t)</math>
+::Den Spannungsverlauf ist allgemein: <math>U_i = \hat U \, \sin(2 \pi \! f \, t)</math>. Der von a1) lautet zB: <math>U_1(t) = 1V \, \sin(2\,\pi\,100Hz\, t)</math>
-−
 ==Ein Wechselstrom-Generator==

@@ Zeile 135: / Zeile 135: @@
 ** [[Der Halleffekt]]
 **[[Praktikum: Der Halleffekt bei Halbleitern]]
-*[[Aufgaben zur Lorentzkraft]]
+*[[Aufgaben zur Lorentzkraft]] ([[Aufgaben zur Lorentzkraft (Lösungen)|Lösungen]])
 * [[Geladene Teilchen in elektrischen Feldern]]

@@ Zeile 1: / Zeile 1: @@
-==Kraftwirkung auf elektrische Stöme im Magnetfeld==
+==Zug- und Druckspannungen im Magnetfeld==
-===Zug- und Druckspannungen im Magnetfeld===
 =====Kraft zwischen (anti-)parallelen Strömen I=====
 In den Zeichnungen ist ein senkrechter Schnitt durch zwei stromdurchflossene parallele Kabel dargestellt. Die Stromrichtung ist durch ein Kreuz oder einen Punkt markiert.
@@ Zeile 30: / Zeile 29: @@
 <br style="clear: both" />
-===Lorentzkraft auf Probeströme im Feld===
+==Lorentzkraft auf Probeströme im Feld==
 =====Richtung der Lorentzkraft=====
 Ein stromdurchflossenes Kabel befindet sich in einem homogenen Magnetfeld. Die (technische) Stromrichtung ist mit einem gelben Pfeil gekennzeichnet, die Feldlinienrichtung mit einem roten und die Richtung der Kraft mit einem blauen Pfeil.
@@ Zeile 76: / Zeile 75: @@
 :b) Wie muss man das Kabel ausrichten, um die wirkende Kraft möglichst groß oder möglichst klein zu haben?
-===Lorentzkraft auf bewegte Ladungen im Magnetfeld===
+==Lorentzkraft auf bewegte Ladungen im Magnetfeld==
 =====Flugbahnen=====
 Die geladenen Teilchen bewegen sich auf ein begrenztes und homogenes Magnetfeld zu.

@@ Zeile 13: / Zeile 13: @@
 |}
-'''2)''' Welche der Schaltkreise gehören zusammen? Färbe Gebiete, die mit Kabeln oder Schalter verbunden sind, mit der gleichen Farbe ein!
+'''2)''' Welche der Schaltkreise gehören zusammen?  Male dazu Gebiete aus Kabeln und Schaltern in den gleichen Farben wie bei a) an! Ein Gebiet wird immer von der Batterie, den Lampen oder einem Schalter begrenzt.
 :Die Schaltpläne b) und c) gehören zusammen. Sie beschreiben die gleiche Schaltung.
 :a) ist von den Lampen her gleich aufgebaut wie b) und c), der einzige Unterschied ist die Position des Schalters: Bei a) werden alle drei Lampen an- und ausgeschaltet, bei b) und c) nur zwei Lampen.
 :Die anderen Schaltpläne haben keine Entsprechung.
-[[Bild:Arbeitsblatt Schaltpläne zeichnen A2bunt.png|650px]]
+[[Bild:Arbeitsblatt Schaltpläne zeichnen Lösungen.png|650px]]
 '''3)''' a) Zeichne einen übersichtlichen Schaltplan

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-'''2)''' Welche der Schaltkreise gehören zusammen?  Male dazu Gebiete aus Kabeln und Schaltern in den gleichen Farben wie bei a) an! Ein Gebiet wird immer von der Batterie oder den Lampen begrenzt.
+'''2)''' Welche der Schaltkreise gehören zusammen?  Male dazu Gebiete aus Kabeln und Schaltern in den gleichen Farben wie bei a) an! Ein Gebiet wird immer von der Batterie, den Lampen oder einem Schalter begrenzt.
 [[Bild:Arbeitsblatt Schaltpläne zeichnen A2.png|650px]]

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-|height="850px"|
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 Eine WECHSEL-Schaltung besteht ebenfalls aus einer Lampe und zwei besonderen Schaltern mit drei Anschlüssen. Hier kann man aber von jedem Schalter aus die Lampe ein- oder ausschalten (Wie bei zwei Lichtschaltern in einem Zimmer). Ein Wechselschalter funktioniert wie eine Weiche bei Zügen. Der Strom kann auf das eine Kabel oder auf das andere Kabel geleitet werden.
 :a) Baut die Schaltung nach dem nebenstehenden Schaltplan auf und probiert sie aus.
-:b) Erklärt mit einem Text warum beide Schalter unabhängig von der Position des anderen Schalters die Lampe ein- und ausschalten können.
+:b) Zeichnet für ALLE verschiedenen Schalterpositionen den Schaltplan und schreibt dazu, ob die Lampe brennt.
 Auf [https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/einfache-stromkreise/aufgaben/wechselschaltung-animation dieser Seite] könnt ihr eine Animation dazu anschauen.

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-|}__NOTOC__
+|}
-==Praktikum: Messen der magnetischen Ladung==__NOTOC__
-===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 [[Die_Feldstärke_als_gerichteter_Ortsfaktor|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 [[Die_magnetische_Feldstärke|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>
 {|
 |style="vertical-align:top;"|
-: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:
+;Material für alle Aufgaben:
-::<math>\textrm{}\quad \mu_0\, \bar H \, A = Q_m = - \bar J \, A </math>
+*1 Netzgerät bis 12V Spannung
-:Man kann die magnetische Polarisation mit der rechten Seite der Gleichung bestimmen, indem man auflöst:
+*2 Kabel
-::<math>-J =\frac{Q_m}{A}</math>
+*1 Steckplatte
-:Dabei ist die Fläche A die Stirnfläche des Stabmagneten. Die magnetische Polarisation entspricht also der Flächenladungsdichte der Pole.
+*2 Lämpchen
-||
+*2 Schalter
-[[Datei:Elektret Polarisierungslinien Polarisierungsladungen Feldlinien Gauß.png|thumb|314px|]]
+*10 Brückenstecker
 |}
-;Aufbau
+;A1 Zwei Lämpchen schalten
-[[Datei:Versuchsaufbau Magnetische Ladung von oben.jpg|thumb|350px|Eine Haushaltswaage dient als Kraftmesser.]]
+Baue einen Stromkreis mit zwei Lämpchen auf, so dass
-*Das Netzgerät bildet mit der Spule und dem Ampèremeter einen geschlossenen Stromkreis.
+:a) beide Lämpchen '''mit einem Schalter''' ein- und ausgeschaltet
-:Das Ampèremeter wird zur Stromstärkemessung auf "10A" gestellt, und die entsprechende Buchse für das Kabel gewählt.
+:b) beide Lämpchen '''mit zwei Schaltern''' getrennt geschaltet werden können.
-*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.
+Zeichne zu beiden Fällen einen Schaltplan ins Heft.
-<br style="clear: both" />
-;Beobachtungen
+;A4 Die WECHSEL-Schaltung
- Spule
+[[Datei:Wechselschaltung Schaltplan.png|thumb|378px|Der Schaltplan der Wechsel-Schaltung.]]
+Eine WECHSEL-Schaltung besteht ebenfalls aus einer Lampe und zwei besonderen Schaltern mit drei Anschlüssen. Hier kann man aber von jedem Schalter aus die Lampe ein- oder ausschalten (Wie bei zwei Lichtschaltern in einem Zimmer). Ein Wechselschalter funktioniert wie eine Weiche bei Zügen. Der Strom kann auf das eine Kabel oder auf das andere Kabel geleitet werden.
-    Windungsanzahl:
+:a) Baut die Schaltung nach dem nebenstehenden Schaltplan auf und probiert sie aus.
+:b) Zeichnet für ALLE verschiedenen Schalterpositionen den Schaltplan und schreibt dazu, ob die Lampe brennt.
- Länge in cm und m:
+:c) Erklärt mit einem Text warum beide Schalter unabhängig von der Position des anderen Schalters die Lampe ein- und ausschalten können.
- Kleiner Stabmagnet
+Auf [https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/einfache-stromkreise/aufgaben/wechselschaltung-animation dieser Seite] könnt ihr eine Animation dazu anschauen.
-−
- Abmessungen der Stirnfläche:
- Stirnfläche in cm^2 und m^2:
-−
-          Stromstärke in A | "Masse" in g | Kraft in N
- Nordpol:                  |              |
-                           |              |
-  Südpol:                  |              |
-                           |              |
-----
+==Fußnoten==
-;Alternativer Aufbau
+<references>
-[[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.

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 ;Material
-:Frequenzgenerator, Steckbrett mit Brückensteckern, Kondensator 1mikroF, Widerstand 1kOhm, Oszilloskop mit zwei Koazialkabeln
+:Frequenzgenerator, Steckbrett mit Brückensteckern, Kondensator <math>1 \mu\rm F</math>, Widerstand <math>1 \rm k \Omega</math>, Oszilloskop mit zwei Koazialkabeln
 ;Aufbau
 [[Datei:Kondensator Messen der Ladekurve Entladekurve Aufbau.jpg|none|400px|Der Kondensator wird über einen Widerstand an eine gleichgerichte Rechteckspannung angeschlossen.]]
 ==Auswertung==

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 * [[Das Oszilloskop]]
 * [[Der Kondensator]]
-* [[Praktikum: Einen Kondensator laden und entladen]]
+**[[Praktikum: Einen Kondensator laden und entladen]]
 * [[Die Energie des elektrischen Feldes]]
 * [[Materie im elektrischen Feld]]