Link-Ebene Physik Aufgabenbeispiel: Induktivität einer Spule Eine ...

Link-Ebene Physik
Lehrplananbindung: 11.4 Elektromagnetische Induktion
Kompetenzen: Neben den Fachkenntnissen liegt der Schwerpunkt bei
Erkenntnisgewinnung
Kommunikation
Bewertung
Fachmethoden wiedergeben
Mit vorgegebenen Darstellungsformen
arbeiten
Vorgegebene Bewertungen
nachvollziehen
Fachmethoden nutzen
Geeignete Darstellungsformen
nutzen
Vorgegebene Bewertungen
beurteilen und kommentieren
Fachmethoden problembezogen
auswählen und anwenden
Darstellungsformen selbständig
auswählen und nutzen
Eigene Bewertungen vornehmen
Aufgabenbeispiel: Induktivität einer Spule
Eine Spule ist über einen Schalter an ein Netzgerät mit der konstanten Spannung U 0 = 10 V
angeschlossen. Beim Schliessen des Schalters wird der zeitliche Verlauf der Stromstärke
gemessen (vgl. rechtes Diagramm).
I in A
a) Erklären Sie, weshalb die maximale
Stromstärke mit deutlicher
1,0
zeitlicher Verzögerung erreicht
wird.
0,80
b) Bestimmen Sie mit Hilfe des Diagramms
den ohmschen Widerstand
und die Induktivität der 0,60
Spule.
c) Die stromdurchflossene Spule
wird durch Öffnen des Schalters
vom Netzgerät getrennt. Dabei
wird durch eine geeignete Schaltung
der Stromstärkeverlauf aufgezeichnet.
Welches der folgenden
drei Diagramme beschreibt
den Verlauf der Stromstärke
beim Ausschaltvorgang?
0,40
0,20
0,10
O
100 200
t in ms
I in A
I in A
I in A
0,8
1,6
0,8
0,4
0,8
0,4
0,2
0,4
0,2
O
100 200
t in ms O 100 200
t in ms
O 100 200
t in ms
(I) (II) (III)

Lösungen:
a) Nach dem Schließen des Schalters beginnt die Stromstärke in der Spule anzusteigen.
Dabei nimmt die magnetische Flussdichte und damit auch der magnetische
Fluss durch die Spule zu ( Φ & ( t) > 0 ). Nach der lenzschen Regel wird eine Gegenspannung
induziert, welche ihrer Ursache, also dem Anstieg der Stromstärke entgegenwirkt
( U ind
(t) = −N
⋅ Φ& (t) < 0 ).
U0
10 V
b) R = = = 12, 5 Ω
I 0,80 A
max
Uind (t = 0) 10 V
L =
&
= = 0,56 H
−1
I(t = 0) 18 As
Die Ableitung & I (t = 0)
lässt sich aus
dem Diagramm als Tangentensteigung
im Ursprung bestimmen.
& ∆I
0,9 A
−1
I(t = 0) = = = 18 As
∆t
0,050 s
(Streuung der Ergebnisse im Rahmen
der Zeichengenauigkeit!)
c) Diagramm (III)
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
I in A
∆I = 0,9 A
0,1
∆t = 50 ms
O
100 200
t in ms