Magnetische Felder: Übungen AFB I – Physik Leistungskurs

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Aufgabenblock — AFB I

Diese Übung deckt alle Unterkapitel aus dem Thema „Magnetische Felder“ ab. Du löst 10 Standardaufgaben der Anforderungsstufe AFB I (Reproduzieren) — also: Formel kennen, Werte einsetzen, ausrechnen. Das sind die sicheren Punkte in jeder Klausur. Achte besonders auf die Einheiten: Längen gehören in Metern in die Formel. Bei jeder Aufgabe gibt es bei Bedarf eine Formel-Erinnerung und eine Lösung.

Gerader Leiter — Flussdichte

AFB I

Durch einen langen geraden Draht fließt der Strom I = 10 A. Berechne die magnetische Flussdichte B im Abstand r = 5,0 cm vom Leiter. Gib das Ergebnis in Mikrotesla an.

B = µT

Gerader Leiter: B = µ₀·I / (2π·r) mit µ₀ = 4π·10⁻⁷ T·m/A. Praktisch: B = 2·10⁻⁷·I / r. Achtung: r in Metern einsetzen (5,0 cm = 0,050 m).

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B = 2·10⁻⁷ · 10 / 0,050 = 4,0·10⁻⁵ T = 40 µT

Feldlinien um den geraden Leiter

Gerader Leiter — anderer Abstand

AFB I

Derselbe Aufbau, aber jetzt mit I = 8,0 A und r = 2,0 cm. Berechne B in Mikrotesla.

B = µT

B = 2·10⁻⁷·I / r. Halber Abstand bedeutet doppelte Flussdichte — B ist umgekehrt proportional zu r.

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B = 2·10⁻⁷ · 8,0 / 0,020 = 8,0·10⁻⁵ T = 80 µT

Näher am Leiter ist das Feld stärker

Lange Spule — Windungsdichte und Feld

AFB I

Eine 30 cm lange Luftspule trägt N = 600 Windungen; es fließt I = 2,0 A. Berechne zuerst die Windungsdichte n, dann die Flussdichte B im Inneren (in Millitesla, auf zwei Nachkommastellen).

n = 1/m

B = mT

Lange Spule: n = N / l und B = µ₀·µ_r·n·I. Bei einer Luftspule ist µ_r = 1. Länge in Metern!

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n = N / l = 600 / 0,30 m = 2000 1/m
B = µ₀·n·I = 4π·10⁻⁷ · 2000 · 2,0 = 5,03·10⁻³ T = 5,03 mT

Im Inneren der langen Spule ist das Feld homogen

Wie war es?

Wie sicher fühlst du dich nach diesen 10 AFB-I-Aufgaben?