15. Das elektrische und das magnetische Feld, Induktion

15.4 Induktion, Wechselstrom

1. Du möchtest jemand erklären, was man unter „Induktion“ versteht, und möchtest ihm die Induktion mit einem Experiment vorführen.
(a) Wie könnte die Erklärung lauten? (nicht zu lang)
(b) Welche Geräte brauchst du für das Experiment?
(c) Was würdest du mit den Geräten machen?
(d) Wovon hängt der Wert der induzierten Spannung ab?

2. Die Erde hat bekanntlich ein magnetisches Feld. Wir bewegen einen kreisförmigen elektrischen Leiter, um mit Hilfe dieses Feldes einen elektrischen Strom in dem Leiter zu induzieren. Wie müssen wir ihn bewegen? Wie müssen wir es anstellen, damit die Stromstärke möglichst groß wird?

3. Beschreibe Aufbau und Funktionsweise eines Generators. Wozu werden Generatoren gebraucht? Wo trifft man sie an?

4. Skizziere den zeitlichen Verlauf des elektrischen Potenzials der beiden Kontakte der Steckdose.

5. Erkläre den Begriff „Effektivspannung“. Warum benutzt man diesen Begriff? Was ist damit gemeint, wenn man sagt, die Steckdose liefere 230 V?

6. Warum überträgt man die elektrische Energie über große Entfernungen mit „Hochspannung“?

7. Was passiert in einem Supraleiter, wenn man ihn in ein magnetisches Feld bringt?

8. Warum schwebt ein Supraleiter über einem Magneten?

9. Die magnetische Flussdichte in einer langen zylindrischen Spule ändert sich. Vergleiche die Spannungen, die in den beiden Leiterschleifen induziert werden. Begründe.

Lösung:
Die Spannungen sind gleich, weil der sich ändernde magnetische Fluss durch beide Leiterschleifen der gleiche ist.

10. Ein Transformator hat eine Primärspule mit 1000 Windungen und eine Sekundärspule mit 1000 Windungen. Aus der Sekundärspule führen aber noch zwei zusätzliche Drähte nach außen. Der eine ist an der zweihundertsten Windung angeschlossen, der andere an der fünfhundertsten. Der Transformator wird an die Steckdose angeschlossen. Welche Spannungen kann man an der Sekundärspule messen?

Lösung:
230 V, 184 V, 115 V, 69 V, 46 V

11. Wir bauen zwei Transformatoren zusammen aus je einem Eisenkern und zwei Spulen. Es stehen Spulen mit 250, 500 und 1000 Windungen zur Verfügung. Welche Spannungen können wir herstellen, wenn wir von der Netzspannung ausgehen?

Lösung:
Jeder der beiden Transformatoren kann die Spannung auf 1/4, 1/2, das Einfache, das Doppelte oder das Vierfache der Ausgangsspannung verändern. Für beide zusammen ist das Produkt aus zwei Zahlen maßgebend. Jede dieser Zahlen kann sein: 1/4, 1/2, 1, 2 und 4. So erhält man als Übersetzungsfaktor: 1/16, 1/8, 1/4, 1/2, 1, 2, 4, 8 oder 16. Um etwa 1/8 der Ausgangsspannung zu erhalten, baut man Transformatoren mit den Windungszahlen 1000/250 und 1000/500 auf.

15.5 Elektromagnetische Wellen

1. Was hat eine elektromagnetische Welle mit elektrischen und magnetischen Feldern zu tun? Beschreibe die Zusammenhänge. Mach auch Skizzen, wenn nötig. Dabei kann man Regeln verwenden, die irgendetwas mit deinen Händen zu tun haben. Wie lauten diese Regeln?

2. Wie hängen die Richtungen von elektrischer und magnetischer Feldstärke in einer Welle miteinander zusammen?