In welchem der drei Versuche entsteht zwischen den Enden eines geraden Kupferstabs eine Spannung?

Erklärung: Nur wenn sich der Stab quer zu den Feldlinien bewegt, erfahren die mitbewegten Leitungselektronen die Lorentzkraft und werden zu einem Ende verschoben — die Ladungstrennung bedeutet eine Spannung. Weder das Feld allein (ruhender Stab) noch die Bewegung allein (ohne Feld) genügt.

Wann kommt die Ladungstrennung im gleichförmig bewegten Leiter zum Stillstand?

Erklärung: Die getrennten Ladungen bauen zwischen den Leiterenden ein elektrisches Feld auf, das die Elektronen zurückzieht. Im Gleichgewicht F_el = F_m endet der Trennvorgang — daraus folgt U_ind = B·l·v.

Ein Leiter der Länge l = 0,5 m wird mit v = 2,0 m/s senkrecht zu den Feldlinien eines homogenen Magnetfelds (B = 0,40 T) bewegt. Berechne die induzierte Spannung in Volt.

Erklärung: U_ind = B·l·v = 0,40 T · 0,5 m · 2,0 m/s = 0,40 V. Alle drei Größen gehen linear ein.

Eine Induktionsspule (N = 500 Windungen, wirksame Leiterlänge je Windung l = 5,0 cm) wird mit v = 4,0 mm/s durch ein homogenes Feld mit B = 10 mT gezogen. Berechne die Induktionsspannung in Millivolt.

Erklärung: U_ind = N·B·l·v = 500 · 0,010 T · 0,050 m · 0,0040 m/s = 0,0010 V = 1,0 mV. Die Messreihe der Quelle nutzt genau diese Anordnung (N·l = 25 m).

Auch wenn der Stromkreis offen ist, entsteht zwischen den Enden des bewegten Leiters eine Induktionsspannung.

Erklärung: Die Lorentzkraft trennt die Ladungen unabhängig davon, ob ein Kreis geschlossen ist — die Spannung existiert auch am offenen Leiter. Nur der Induktionsstrom braucht den geschlossenen Kreis.

Die Kraft, die die mitbewegten Elektronen im Magnetfeld verschiebt, heißt ___.

Erklärung: Die Lorentzkraft wirkt auf bewegte Ladungen im Magnetfeld. Sie ist der Mechanismus hinter der Bewegungsinduktion an der Leiterschaukel.

Eine geschlossene Leiterschleife wird vollständig innerhalb eines homogenen Magnetfelds parallel verschoben. Was misst man?

Erklärung: An beiden Querleitern entstehen gleich große, gegeneinander geschaltete Spannungen, die sich im geschlossenen Umlauf aufheben — die vom Feld durchsetzte Fläche der Schleife ändert sich nicht. Erst am Feldrand ändert sich die durchsetzte Fläche und es wird induziert.

In der Messreihe wird die Zuggeschwindigkeit der Induktionsspule verdoppelt, B und N·l bleiben konstant. Um welchen Faktor wächst die Induktionsspannung? (Antwort als Zahl)

Erklärung: Die Messreihe bestätigt U_ind ∝ v bei konstantem B und N·l. Doppelte Geschwindigkeit bedeutet doppelte Spannung.

Zwischen den Enden eines Leiters (l = 0,4 m) in einem Feld mit B = 0,5 T wird U_ind = 0,30 V gemessen. Mit welcher Geschwindigkeit in m/s wird er senkrecht zu den Feldlinien bewegt?

Erklärung: Aus U_ind = B·l·v folgt v = U_ind/(B·l) = 0,30/(0,5 · 0,4) = 1,5 m/s.

Welche dieser Maßnahmen lässt die Induktionsspannung an der gezogenen Spule unverändert?

Erklärung: U_ind = N·B·l·v enthält Windungszahl, Flussdichte, Leiterlänge und Geschwindigkeit. Der Drahtquerschnitt kommt nicht vor — er senkt nur den Widerstand und beeinflusst damit den Strom im geschlossenen Kreis, nicht die Spannung.

Wird der Leiter parallel zu den Feldlinien bewegt, so wird keine Spannung induziert.

Erklärung: Die Lorentzkraft wirkt nur bei einer Geschwindigkeitskomponente senkrecht zum Feld. Bei Bewegung parallel zu den Feldlinien werden keine Feldlinien geschnitten, die Kraft auf die Elektronen ist null.

Leiterschaukel und Feldspulen-Versuch zeigen beide Induktion. Worin unterscheidet sich der Mechanismus bei der bewegten Leiterschaukel?

Erklärung: Bei der Bewegungsinduktion bleibt das Feld konstant — Ursache ist die Lorentzkraft auf die bewegten Elektronen. Beim Feldspulen-Versuch ruht der Leiter und das sich ändernde Feld induziert. Beide Mechanismen fasst das Induktionsgesetz später zusammen.

Zwischen den getrennten Ladungen an den Leiterenden bildet sich ein elektrisches ___ aus.

Erklärung: Elektronenüberschuss am einen und Elektronenmangel am anderen Ende erzeugen ein elektrisches Feld im Leiter. Seine Kraft auf die Elektronen stoppt schließlich die weitere Ladungstrennung.

Aufgabe 1 von 13