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Physik - Praktikum Versuch 10Z

By Anthony Morales,2014-06-02 20:45
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Physik - Praktikum Versuch 10Z

Physik - Praktikum Versuch 10/Z

    Grundlegende Versuche zur Induktion; Selbstinduktion beim Ein- und Ausschalten des Stroms in einer Spule; Das Prinzip eines Generators

    Literatur: Selbstinduktion: Dorn-Bader Oberstufe; S. 66; Generator: D-B Oberstufe S. 72

    Teil 1: Grundlegende Versuche zur Induktion

    Durchführung:

    1. Der Gitterrahmen wird für diesen Versuch

    nicht benötigt.

    Schließe das Messinstrument als Spannungsmesser

    (Messbereich 1 V- ) an der Spule an.

    2. Stecke den Permanentmagneten mit dem Nordpol

    (rot) in die Spule hinein und beobachte die Höhe des

    Messausschlages und die Richtung.

    3. Lasse den Magneten - ohne Bewegung - in der Spule liegen.

    4. Ziehe den Permanentmagneten aus der Spule heraus.

    Beobachte die Höhe des Messausschlages und die Richtung.

    5. Stecke den Magneten mit dem Südpol

    in die Spule hinein.

    6. Bewege den Magneten in der Spule

    wiederholt hin und her. Beobachten und

    umpolen wie bei 4.

    7. Bewege den Magneten einmal langsam und

    dann schnell hin und her.

    8. Schalte das Messinstrument auf den

    niedrigsten Wechselspannungsbereich um und

    wiederhole den Versuchsschritt.

    9. Ersetze die Spule 1600 W dg. durch die

    Spule 400 Wdg., bewege wiederum den

    Magneten - möglichst mit gleicher

    Geschwindigkeit der Bewegung- in der

    Spule hin und her und beobachte die

    Höhe des Messausschlages.

    Auswertung:

    Fragen und Aufgaben

    1. Welche Voraussetzungen müssen gegeben sein, damit eine elektrische Spannung erzeugt werden kann?

    2. Welcher Unterschied ergibt sich in der Richtung des Messausschlages, wenn man zuerst den Nordpol und dann den Südpol in die Spule hineinsteckt?

    3. Welchen Einfluss hat die Bewegungsrichtung des Magneten auf die Richtung des Zeigerausschlages?

    4. Vergleiche die Höhe des Messausschlages bei der Spule mit 1600 W dg. und der Spule mit 400 Wdg.

    5. Was sagt die Beobachtung aus, dass der Zeiger des Messinstrumentes vom Nullpunkt einmal nach rechts und einmal nach links ausschlägt?

    6. Die Beobachtung beim Versuchsschritt 8. widerspricht Deiner Erfahrung über die Helligkeit der Fahrradlampe bei langsamen und schnellem Fahren. Suche nach einer Erklärung.

Teil 2: Selbstinduktion

    Grundlagen: Bei Versuchen zur Induktion wird das benötigte Magnetfeld häufig von einer stromdurchflossenen Spule geliefert. Wir unterscheiden dann die

    „magnetfelderzeugende“ Spule (die Feldspule) und die Spule in der die Induktionsspannung entsteht (die Induktionsspule).

    Hier soll nun untersucht werden, wie sich das Ansteigen und Abfallen eines Stroms durch eine Spule auf die Spule selbst auswirkt. Die Spule ist dann praktisch Feldspule und Induktionsspule in einem. Die Lenzsche Regel gibt Anhaltspunkte dafür, was bei diesen Versuchen zu erwarten ist.

    a) Einschalten eines Stroms

    Durchführung:

    1. Baue die Schaltung nach der Schaltzeichnung auf. Vermeide einen Luftspalt zwischen U- und I-Kern.

    Stelle am Netzgerät eine Gleichspannung von 5...6,5 V ein.

    2. Schließe und öffne wiederholt den Schalter im Stromkreis und beobachte gleichzeitig beide Glühlampen.

Auswertung:

    Fragen und Aufgaben

    1. Was ist zu erwarten, wenn zwei gleiche Glühlampen über je einen Vorwiderstand mit etwa gleichem Widerstandswert an derselben Stromquelle betrieben werden; dabei sei der eine Widerstand ein normaler, der zweite dagegen eine Kupferdrahtspule.

    2. Welches Bauelement muss die Ursache zum verzögerten Aufleuchten der einen Glühlampe sein?

    3. Welches sind die beiden wichtigsten Eigenschaften einer Spule, wie sie aus den vorhergehenden Versuchen hervorgegangen sind?

    4. Versuche mit diesen beiden Eigenschaften die beobachtete Erscheinung zu erklären. Diskutiert darüber in der Gruppe und erfragt evtl. Einzelheiten bei Eurem Lehrer.

    5. Kennzeichne in der gegebenen schematischen Darstellung einer "Spule in einem Gleichstromkreis" durch Pfeile - die Richtung des „eigentlichen“ Spulenstromes - die Richtung

    des Selbstinduktionsstromes - die Richtung der Schalterbewegung und trage die passende Vorsilbe auf- bzw. ab- in das Kästchen ein.

b) Ausschalten eines Stroms

    Durchführung:

    1. Baue den Versuch nach der Schaltzeichung auf. Verwende als Lampenfassung die mit dem Schaltzeichen einer normalen Glühlampe.

    Stelle am Netzgerät eine Spannung von 12 V ein. -

    2. Schließe und öffne wiederholt den Schalter im Stromkreis.

    3. Ersetze die Spulen durch einen Widerstand 68 ;.

Auswertung:

    Fragen und Aufgaben

    1. Bei welcher Spannung zündet die Glimmlampe?

    2. Welches Bauelement bewirkt das Aufleuchten der Glimmlampe?

    3. Was sagt die Tatsache aus, dass die Glimmlampe aufleuchtet, obwohl nur eine Spannung von 12 V angelegt wurde?

    4. Versuche den physikalischen Vorgang zu deuten und orientiere Dich dabei an der Erklärung des vorigen Versuches.

    5. Kennzeichne in der gegebenen schematischen Darstellung einer "Spule in einem Gleichstromkreis" durch Pfeile - die Richtung des „eigentlichen“ Spulenstroms - die Richtung

    des Selbstinduktionsstromes - die Richtung der Schalterbewegung und trage die passende Vorsilbe auf- bzw. ab- in das Kästchen ein.

Teil 3: Das Prinzip eines Generators

    Aufgabe: Baue einen Dynamo in seinem prinzipiellen Aufbau nach und erprobe seine Wirkung. Durchführung

    1 . Setze die beiden Spulenbausteine gegenüberliegend

    so ein, dass sich zwischen ihnen das Drehlager befindet.

    Führe die beiden U-Kerne, mit der offenen Seite zum

    Drehlager weisend, in die Spule ein.

    Schiebe das U-Joch unter die Klemmfeder des

    Drehlagers zwischen die beiden U-Kerne und verfestige

    den Aufbau durch Einsetzen des Spannbügels in die

    rechten Bohrungen der U-Kerne.

    Befestige den Stabmagneten mittig im Drehhalter und

    setze diesen in die Drehlagerbuchse ein.

    Füge entsprechend der Schaltzeichnung die

    Leiterbausteine und die Lampenfassung hinzu.

    2. Drehe den Stabmagneten möglichst schnell.

    3. Vollziehe den Masseanschluss am Fahrrad nach,

    indem Du die untere Bausteinleitung bis zur Fassung

    hin entfernst und an ihrer Stelle je einen Massebaustein

    an die Spule und an die Lampenfassung setzt.

    Drehe wiederum den Stabmagneten möglichst schnell.

    4. Stelle die ursprünglichen Anschlüsse wieder her und ersetze die Glühlampe durch einen Spannungsmesser (Leitung, unterbrochen verwenden). Stelle den niedrigsten Gleichspannungsmessbereich (1 V) ein.

    5. Drehe den Stabmagneten zuerst langsam und dann möglichst schnell und beobachte dabei jeweils den Zeigerausschlag des Messinstrumentes.

    6. Stelle das Messinstrument auf den kleinsten Wechselspannungsbereich um und wiederhole den vorigen Versuchsschritt.

Auswertung:

    Fragen und Aufgaben

    1. Wodurch kannst Du mit der Lichtanlage des Fahrrades die größtmögliche Helligkeit der Glühlampe erreichen?

    2. Beschreibe den Weg der "Masseleitung" am Fahrrad vom Dynamo zum Scheinwerfer. 3. Welche Aussage ermöglicht die Beobachtung, dass der Zeiger des Messinstrumentes hin und her pendelt?

    4. Welche Wirkung hat das auf den Strom?

    5. Vergleiche die Weite des Zeigerausschlages bei Gleich- und Wechselspannungsmessung und begründe.

    6. In welcher Schaltungsart sind die beiden Spulen 400 Wdg. (Stromquellen) verbunden und welchen Wert hat die erzeugte Gesamtspannung in bezug zu den beiden Einzelspannungen?

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