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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 21:46 So 02.11.2008 | | Autor: | Recott |
Hallo zuerstmal,
ich brauche dringend Hilfe für diesen Protokoll! Könnt jemand vielleciht mal drüberschauen wo ich Fehler habe. Die Fehler bestaht hauptsächtlich darin, dass ich die Auftragung der magnetische Flussdichte zur Kraft bzw. Abstand G verrechnet oder falsch gemacht habe. Ich bedanke mich schon bereits im Vorfeld.
Thema : Stromwaage
Theoretische Grundlage:
Die Lorentz-Kraft:
Die Lorentz-Kraft ist die Kraft, die auf einzelne bewegte Ladungsträger in einem Magnetfeld wirkt. Jedoch unter der Vorraussetzung, dass die Bewegung geladener Teilchen senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes verläuft, kann der Betrag der Lorentz-Kraft berechnet werden mit der Gleichung:
FL = Q . v .B
Die Lorentzkraft-Kraft wirkt senkrecht zur Bewegungsrichtung und senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes.
Die magnetische Flussdichte:
Die magnetische Flussdichte B gibt an, wie stark ein Magnetfeld ist. Jedoch unter der Bedingung, dass sich ein stromdurchflossener Leiter senkrecht zu den Feldlinien eines Magnetfeldes befindet, kann die magnetische Flussdichte berechnet werden mit der Gleichung:
B = F / I. l oder mit Permeabilitätsbedingungen: B = μ0 . μr . I . N / ls
Befindet sich der stromdurchflossene Leiter nicht senkrecht zu den Feldlinien, sondern unter einem beliebigen Winkel α zu ihnen, dann gilt:
F = B . I . l . sin α
Die Einheit von der magnetischen Flussdichte ist das Tesla: 1T = 1N / A. m = 1V.S / m2
Versuchsaufbau:
"hier kommt ein Bild"
Zubehör:
- Lange geteilte Feldspule (mit N = 240 Wicklungen und ls = 60cm lang ) mit Stromversorgung und Amperemeter
- Stromwaage mit Ausgleichsgewicht zum Ausbalancieren des Leiterschleifengewichts.
- Leiterschleife mit Stromversorgung und Amperemeter
- Kraftmesser (mN) mit Faden und Rädchen zum Verändern seiner Position
- Laserpointer mit Spiegelchen an der Waage und die Wand als Lichtzeiger.
Versuchsdurchführung:
Zunächst wird eine Leiterschleife mit bekannter Leiterlänge an die Stromwaage also den Spalt der Feldspule gesteckt. Die Leiterschleife soll vollständig im Spuleninneren möglichst in der Mitte sein und senkrecht zur Spulenachse ausgerichtet werden. Nun bringt man durch ein Ausgleichsgewicht den Waagebalken ins Gleichgewicht und gibt auf die Federwaage durch drehen am Rädchen eine geringe Vorspannung.
Dann lassen wir bei eingeschaltetem Magnetfeld durch den Leiter Strom fließen, wobei zunächst die Leiterschleife mit dem Waagebalken aus dem Gleichgewicht nach unten gezogen wird. Durch das Drehen am Rädchen zieht man die Federwaage so lange hoch, bis der Lichtzeiger, die durch den Laserpointer verursacht wird, wieder seine Anfangsstellung einnimmt. Nun kann man die magnetische Kraft und die kompensierende Kraft an der Wand bzw. an der Federwaage ablesen.
Schließlich wird der Versuch wiederholt mit einer anderen Leiterschleife und Stromstärke A.
Vermutung:
Die Vermutung besteht darin, dass die Leiterschleifenlänge proportional zur Kraft steht.
Dass heißt, je größer die Leiterschleifenlänge ist, desto größer die Kraft. Auch die Stromstärke I, die durch die Leiterschleife fließt, ist proportional zur Kraft. Je kleiner die Stromstärke, desto kleiner die Kraft.
Falls diese Vermutungen stimmen würden, müsste man bei dem Koordinatensystem erkennen können, dass der Graph eine lineare Gerade hat.
Messwerttabellen:
Mit Hilfe des Strahlensatzes können wir die Kraft F berechnen:
F = b . G/g
b = 0.18m; g = 2.49m; N = 240; μ0 = 1,2566 . 10-6 H/m; μr = 1 H/m; ls = 0,6m;
Leiterschleife (8cm)
I in A 20 15 10 5 0
Abstand G in m 0.067 0.05 0.033 0.016 0
Kraft F in N 4.84. 10-3 3.61. 10-3 2.385. 10-3 1.15. 10-3 0
B in T (ohne μ0 & μr) 3.025. 10-3 3.0. 10-3 2.98. 10-3 1.15. 10-3
B in T (mit μ0 & μr) 0,01 0,0075 0,00180 0,000904
Stromstärke I (20A)
Leiterschleife in m 0.04 0.02
Abstand G in m 0.03 0.015
Kraft F in N 2.17. 10-3 1.08. 10-3
B in T (ohne μ0 & μr) 2.7125. 10-3 2.7. 10-3
B in T (mit μ0 & μr) 0.01 0.01
Versuchsauwertung:
Auswertung des Diagramms:
Auf dem ersten Koordinatensystem kann man feststellen, dass Stromstärke I proportional zu Abstand G und auf dem zweiten Koordinatensystem kann man erkennen, dass die Länge der Leiterschleife auch proportional zu Abstand G ist. Folglich heißt es auch, dass Kraft F proportional zur Stromstärke und Leiterschleifelänge ist.
l = Leiterschleifelänge
G ~ I ; G ~ l; = F ~ I; F ~ l;
F ~ I . l
Resultat:
Die Vermutungen stimmen mit den Messwerten überein. Man kann feststellen, dass Kraft F proportional zur Stromstärke und Leiterschleifenlänge ist (F ~ I; F ~ l;). Das heißt je größer die Leiterschleifenlänge bzw. Stromstärke ist, desto größer ist die Kraft. Daraus folgt, dass
B = F / I. l eine vom Leiterstrom und der Leiterschleifenlänge unabhängige Größe ist, die zur Beschreibung der Stärke eines magnetischen Feldes geeignet ist. Man nennt sie magnetische Flussdichte B.
Einsetzen:
B = 4.84. 10-3 N/ 20A . 0,08m
= 3,025 . 10-3 T
.
.
.
B = 0 N / 20A . 0,08m
= 0 T
Oder mit den Permeabilitätszahl:
B = μ0 . μr . 20A . 240/0,6m
= 0,01T
.
.
.
B = μ0 . μr . 5A . 240/0,6m
= 0,000904T
Mit dieser Formel können wir die Werte unabhängig voneinander berechnen.
Fehlerdiskussion:
In dem Versuch, wo nur die Kraft zur Stromstärke verglichen wird, sind kaum Fehler aufgetreten. Aber mögliche Fehler sind zum Beispiel ein verschmutzter Spiegel oder ein ungleichmäßiges Gleichgewicht der Waage, welches dazu führen kann, dass die Werte nicht stimmen. Allerdings sind sehr große Fehler beim Umrechnen mit der magnetischen Feldstärke aufgetaucht, welche ich leider nicht herausfinden konnte, wie es zustande kommt.
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| Status: |
(Antwort) fertig  | | Datum: | 01:44 Mo 03.11.2008 | | Autor: | leduart |
Hallo
ob ihr die Kraefte richtig ausgerechnet habt kann ich nicht beurteilen, da ich die Apparatur mit G und b usw. nicht kenne.
aber bei B ist was falsch.
Dein letztes B rechne ich mit ca. [mm] 2,5*10^{-3} [/mm] aus. ich komm nicht auf deine [mm] 0,94*10^{-3} [/mm] bei 20A muss B 4 mal so gross sein wie bei 5 A auch das seh ich nicht?
(nebenbei [mm] \mu_r [/mm] hat keine dimension, es ist ne reine Zahl.
Schlecht in deinem Protokoll ist noch:
B=F*I/l oder B=...
Da solltest du nicht einfach oder schreiben, sondern man kann B auch durch die Art der Erzeugung in der Spule durch ... berechnen.
Irgendwo sollte auch noch die 2 Ziele des Versuchs stehen
a) Bestaetigung, dass bei festem magnetfeld die Kraft propotional I und l ist.
b) man kann mit dieser Methode B bestimmen und sollte dasselbe finden wie mit der Formel die B durch den Strom und die Windungszahl pro meter angibt.
Gruss leduart
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