Induktionsgesetz in verschiedenen Varianten
Aufgabe 1) Induktion
Eine quadratische Spule mit der Querschittsfläche 25cm2, der Länge
6cm und der Windungszahl 250 werde mit einer Geschwindigkeit v=20cm/s in ein
Magnetfeld der Stärke 30mT eingebracht.
a) Welche Formen des Induktionsgesetz gelten, wenn die Spule in das Magnetfeld
hinein bewegt wird, wenn sie sich darin dreht oder wenn das Magnetfelt bei
ruhender Spule anschließend ausgeschaltet wird?
b) Wie lange wirkt die induzierte Spannung beim Hineinführen und wie hoch ist
sie?
c) Wie lange muss der Abschaltvorgang des Magnetfeldes dauern, damit eine
Spannung von 1V induziert wird?
d) Welche Kräfte wirken während des Einführens auf die Spule?
e) Was geschieht während des Abschaltens?
Aufgabe 2) Selbstinduktion
Durch Die Spule aus 1) soll nun ein Strom der Stärke 300mA geleitet werden. In
sie wird ein Eisenkern mit μr = 5500 eingebracht.
a) Berechnen Sie das entstehende Magnetfeld.
b) Bestimmen Sie die Induktivität der Spule.
c) Bestimmen Sie auf zwei verschiedenen Wegen die induzierte Spannung unter der
Annahme, dass der Strom linear innerhalb von 0,16s ansteigt.
d) Welche Energie ist dann in dem Magnetfeld der Spule gespeichert?
Der Strom werde durch einen Schutzwiderstand von 10Ω auf die Spule
geleitet.
e) Welcher Strom liegt tatsächlich nach 0,3s vor, wenn maximal ein Strom von
300mA erreicht werden soll?
f) Wie lange dauert es, bis tatsächlich 99% des gewünschten Stromes erreicht
sind?
Aufgabe 3) Widerstand
An der Spule liege eine Wechselspannung der Stärke 5V mit einer Frequenz von
90Hz an.
a) Berechnen Sie den induktiven Widerstand und die Stromstärke.
b) Um wieviel Prozent ändert sich der Widerstand, wenn vor die Spule ein
Schutzwiderstand von 800Ω eingebaut werde? Zeichnen Sie ein
Zeigerdiagramm.
Berechnen Sie auch die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom.