Aufgabenblock — AFB II
Jetzt wird es mehrschrittig. In diesen 10 Aufgaben der Stufe AFB II (Zusammenhänge herstellen) musst du Formeln umstellen, mehrere Schritte hintereinanderschalten und Zwischenergebnisse weiterverwenden — genau das macht in der Klausur den Unterschied zwischen 8 und 12 Punkten. Zu jeder Aufgabe gibt es drei gestufte Hilfen: erst die Formel, dann der Weg, zuletzt ein Zwischenwert.
Das Erdmagnetfeld hat etwa BE = 50 µT. Durch einen langen geraden Leiter fließt I = 20 A.
a) In welchem Abstand r erzeugt der Leiter genau die Flussdichte des Erdfeldes? b) Wie groß ist B in nur 1,0 cm Abstand?
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b) B = 2·10−7·20 / 0,010 = 4,0·10−4 T = 400 µT
Acht Zentimeter neben dem Draht ist sein Feld also genauso stark wie das Erdfeld — dicht am Draht das Achtfache.
Eine 40 cm lange Spule mit N = 800 Windungen wird von I = 1,5 A durchflossen. In die Spule wird ein Eisenkern mit der Permeabilitätszahl µr = 200 geschoben.
Berechne die Windungsdichte n und die Flussdichte B im Inneren.
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B = 4π·10−7 · 200 · 2000 · 1,5 ≈ 0,75 T
Der Eisenkern verstärkt das Feld um den Faktor µr = 200 — aus Millitesla wird fast ein Tesla.
Ein Leiterstück von l = 15 cm liegt senkrecht in einem Feld mit B = 0,30 T. Gemessen wird die Kraft F = 0,45 N.
a) Wie groß ist die Stromstärke? b) Welche Länge müsste im Feld liegen, damit bei gleichem Strom F = 0,60 N wirkt?
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b) l = F / (B·I) = 0,60 / (0,30 · 10) = 0,20 m = 20 cm
F wächst proportional zu l: für die 1,33-fache Kraft braucht man die 1,33-fache Länge.
Wie war es?
Wie gut bist du mit den mehrschrittigen Aufgaben zurechtgekommen?
