Test zur Induktion

Hübel 2002

1. Ein Flugzeug fliegt durch ein homogenes Magnetfeld, so dass seine Tragflächen "die magnetischen Feldlinien schneiden". Bekanntlich kann man keine Induktionsspannung messen, weil "die an den Tragflächen-Enden sich stauenden Ladungen durch die Lorentz-Kraft und das in der Folge entstandene elektrische Feld mit E = v.B festgehalten werden". Könnte ein mitfliegendes hypothetisches Messgerät für die elektrische Feldstärke diese messen?

a) Ja, es würde die elektrische Feldstärke E = v.B anzeigen.

b) Nein, auch dieses Messgerät würde versagen, weil im Flugzeug wegen des Kräftegleichgewichts keine frei beweglichen Ladungsträger zur Verfügung stehen.

c) Ja, es würde die elektrische Feldstärke 0 V/m anzeigen.

d) Nein, im Flugzeug gibt es kein elektrisches Feld.

2. Ein rechteckiger Leiterrahmen wird von einem konstanten homogenen Magnetfeld senkrecht durchsetzt. Der Leiterrahmen bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit, so dass zwei gegenüberliegende Leiterstücke "die magnetischen Feldlinien schneiden". Warum fließt in dem Leiterrahmen kein Induktionsstrom?

a) Weil auf beide "schneidenden" Leiterstücke Lorentzkräfte wirken, die sich gegenseitig behindern.

b) Weil keine Induktion stattfindet; es findet ja schließlich keine Änderung des magnetischen Flusses in der Leiterschleife statt, und es entsteht auch kein elektrisches Wirbelfeld.

c) Weil im Inneren der "schneidenden" Leiterstücke kein elektrisches Feld herrscht, das die Leitungselektronen verschieben könnte.

3. Ein rechteckiger Leiterrahmen wird von einem konstanten homogenen Magnetfeld senkrecht durchsetzt. Der Leiterrahmen bewegt sich mit konstanter Geschwindigkeit, so dass zwei gegenüberliegende Leiterstücke "die magnetischen Feldlinien schneiden". Einer der beiden "schneidenden" Leiterstücke ist magnetisch abgeschirmt, so dass er immer an einem Ort verschwindenden  Magnetfelds ist. Fließt im Leiterrahmen ein Induktionsstrom?

a) Ja, weil jetzt die Gegenkraft vom 2. Leiter fehlt. Die Ladungen an den Enden des nicht abgeschirmten Leiters können sich ohne Behinderung durch die Lorentz-Kraft mittels eines Stroms ausgleichen. Oder anders: Die Lorentz-Kraft auf die Ladungen im nicht abgeschirmten Leiterstück kann wirksam werden und die Ladungen im Kreis herum verschieben.

b) Ja, weil die Situation der entspricht, wo sich das Messgerät außerhalb des Magnetfelds befindet.

c) Nein, weil innerhalb des Leiterrahmens keine Änderung des magnetischen Flusses stattfindet.

d) Nein, weil auch im abgeschirmten Teil des Leiters eine Lorentz-Kraft wirkt.

e) Nein, weil auch im abgeschirmten Teil des Leiters in seinem Bezugssystem ein elektrisches Feld herrscht, das zu einer Ladungsverschiebung führt, die wieder ein kompensierendes elektrostatisches Feld aufbaut.

4. Ein geschlossener rechteckiger Leiterrahmen ist so aufgehängt, dass ein Schenkel eines Hufeisenmagneten die Ringfläche senkrecht durchstößt. Der Hufeisenmagnet wird nun senkrecht zur Ringfläche hin- und her bewegt. Findet Induktion statt?

Das Magnetfeld zwischen den Schenkeln soll exakt homogen sein; die 3 übrigen Seiten des Leiterrahmens sollen sich im Magnetfeld mit B = 0 befinden.

a) Nein, weil sich das Magnetfeld an keiner der vier Seiten des Rings ändert. Auch die eine Seite des Rings bewegt sich im konstanten homogenen Magnetfeld.

b) Ja, weil innerhalb der Ringfläche eine Änderung des magnetischen Flusses stattfindet.

c) Nein, weil hier nirgends eine Änderung des magnetischen Flusses stattfindet.

d) Nein, weil im homogenen Feldbereich kein magnetischer Fluss  vorhanden ist, der die Windungsfläche senkrecht durchsetzt.

d) Ja, weil eine Lorentz-Kraft auf die Ladungen in einer der vier Seiten des Rings wirkt.

5. Ein geschlossener rechteckiger Leiterrahmen ist so aufgehängt, dass ein Schenkel eines Hufeisenmagneten die Ringfläche senkrecht durchstößt. Die Seite des Rahmens, die sich im homogenen Magnetfeld zwischen den Schenkeln befindet, soll nun magnetisch abgeschirmt werden. Kein Teil des Leiterrahmens befindet sich dann im Magnetfeld. Der Hufeisenmagnet wird nun senkrecht zur Ringfläche hin- und her bewegt. Findet Induktion statt?

a) Nein, weil hier keine Lorentz-Kraft wirkt.

b) Ja, weil innerhalb der Ringfläche eine Änderung des magnetischen Flusses stattfindet.

c) Nein, weil hier nirgends eine Änderung des magnetischen Flusses stattfindet.

d) Ja, weil nach der RT auch im abgeschirmten Leiterstück, von ihm aus gesehen, ein elektrisches Feld herrscht, das durch Lorentz-Transformation aus dem Magnetfeld in dem Bezugssystem entstanden ist, relativ zu dem sich der Leiterrahmen bewegt.

6.  Zwei ungleiche Widerstände (R = 1 kW und R' = 2 kW) sind parallelgeschaltet an eine Spannungsquelle mit U = 3 V angeschlossen. Können Sie sich eine Situation vorstellen, bei der die Spannungen an den beiden Widerständen ungleich sind?

a) Nein, an parallelgeschalteten Widerständen herrscht immer die gleiche Spannung, nämlich (hier) 3 V.

b) Ja. Nämlich .....

7. Beim "Doppelschleifen-Generator" wird in einem rechteckigen Leiterrahmen, der von einem zeitlich konstanten und homogenen Magnetfeld senkrecht durchsetzt wird, eine Leiterbrücke periodisch hin- und her bewegt, so dass "magnetische Feldlinien geschnitten werden".  Dabei liegen offenbar zwei Teilschleifen vor. In der einen vergrößert sich der magnetische Fluss, während er sich in der anderen verkleinert. In einer soll eine Induktionsspannung von 1 V entstehen. Welche Induktionsspannung entsteht dann "insgesamt"?

a) 0 V

b) 2 V

c) 1 V

Begründung:

8. Ein rechteckiger geschlossener Leiterrahmen wird von einem konstanten, homogenen Magnetfeld senkrecht durchsetzt. In einer Leiterbrücke, die die Fläche des Leiterrahmens unterteilt, kann ein Schalter ein- und ausgeschaltet werden. In dem jeweiligen geschlossenen Stromkreis ändert sich dann der magnetische Fluss. Findet Induktion statt?

a) Ja, es ändert sich ja der magnetische Fluss im Sinne des Induktionsgesetzes.

b) Nein, das Magnetfeld ist ja zeitlich konstant und es findet keine Bewegung statt, die eine Lorentz-Kraft zur Folge haben könnte.

c) Nein, es ändert sich der magnetische Fluss im Sinne des Induktionsgesetzes nicht.

9. Ein Stromkreis mit den Widerständen R = 1 kW und R' = 2 kW  schließt einen sich ändernden magnetischen Fluss ein, der durch einen geeigneten Eisenkern auf einen wohldefinierten Bereich beschränkt ist. Die Ringspannung beim Induktionsvorgang durch ein linear veränderliches Magnetfeld soll 3 V betragen. Wie müssen Sie einen Spannungsmesser von A aus anschließen, damit er folgende Spannungen (Beträge) anzeigt:

a) 3 V

b) 0 V

c) 1 V

d) 2 V

Richtig ist:

1c)  / 2a)  / 2b)  / 2c)  / 3c)  / 3d) (beurteilt vom Laborsystem aus)  / 3e)  / 4b)  / 4d)  / 5b)  / 5d)  / 6b) wenn innerhalb von ABCDA sich der magnetische Fluss ändert  / 7c)  / 8b)  / 8c)  / 9a: ACA  / 9b: AA oder AB / 9c: ACD (eigentlich - 1V) oder AD oder ADC / 9d: ABC  /