Nachklausur - Quantum Photonics Group

F Magnetische Induktion und Lenzsche Regel (10 Punkte)1. (4 Punkte)Ein Stabmagnet, dessen Nordpol nach unten zeigt, fällt von oben durch einenleitfähigen Ring. Die magnetischen Feldlinien verlassen den Magneten aus demNordpol und verlaufen zum magnetischen Südpol, wo sie wieder in den Magneteneintreten. Wenn man von oben schaut, in welcher Richtung fliesst der induzierteStrom? (Begründen Sie kurz):(a) Zuerst entgegen des Uhrzeigersinns, später im Uhrzeigersinn.(b) Immer im Uhrzeigersinn.(c) Zuerst im Uhrzeigersinn, später entgegen des Uhrzeigersinns.(d) Immer entgegen des Uhrzeigersinns.2. (6 Punkte)Ein leitfähiger Stab der Masse m gleitet mit konstanter Geschwindigkeit v reibungslosüber lange, leitfähige Schienen, die einen Abstand von l zueinander haben. Am linkenEnde der Schienen sind sie über einen Widerstand R miteinander verbunden, so dasssich - zusammen mit dem sich bewegenden Stab - eine Leiterschleife bildet. ZumZeitpunkt t = 0 gleitet der Stab in einen Bereich hinein, in dem ein gleichförmiges,homogenes Magnetfeld B vorhanden ist. Aufgrund einer externen Kraft, F ext , gleitetder Stab auch innerhalb dieses Bereiches kontinuierlich mit der gleichen konstantenGeschwindigkeit v weiter.(a) Wenn der Stab in dem Bereich mit dem Magnetfeld gleitet, geben Sie dieStromrichtung des Stromes I an. Wie gross ist die Stromstärke?(b) Wie gross ist F ext und in welche Richtung zeigt sie?(c) Wenn die Region des magnetischen Feldes sich über eine Länge a erstreckt, wiegross ist die dissipative Gesamtenergie die im Widerstand umgewandelt wird?Hinweis: Die dissipative Wärmeenergie, die in der Zeit t entsteht, ist: I 2 R t.(d) Betrachten Sie die von der externen Kraft verrichtete Gesamtarbeit, wenn derStab sich stets mit der konstanten Geschwindigkeit v bewegt (sowohl innerhalbals auch ausserhalb des Feldbereiches). Wie gross ist die Gesamtarbeit imVergleich zur dissipierten Wärme? Es ist keine Berechnung erforderlich.Begründen Sie die Antwort kurz.22