Magnet fällt durch Spule?
Ein Magnet fällt durch die mit einem Strommessgerät kurzgeschlossene Spule. Der Strommesser zeigt kurzzeitig einen Stromfluss an. Dann wird anstelle des Strommessers ein Spannungsmesser eingebaut, welcher beim Durchfallen des Magneten ebenfalls kurzzeitig eine Spannung anzeigt. In den beiden Teilversuchen fällt der Magnet unterschiedlich schnell durch die Spule. Bei welchem Versuch fällt der langsamer und Warum?
1 Antwort
Beim Strommessgerät fällt der Magnet langsamer aufgrund der Energieerhaltung. Die kinetische Energie des Magneten wird beim Fallen in elektrische Umgewandelt weshalb die Geschwindigkeit kleiner werden muss. Aber wo kommt die Kraft her?
Sobald der Magnet durch die Spule fällt, erfährt die Spule ein sich änderndes Magnetfeld und es wird nach dem Induktionsgesetz:
eine Spannung U induziert.
Das Minus stellt hier die Energieerhaltung sicher. Das bedeutet, dass die induzierte Spannung seiner Ursache entgegengerichtet ist. durch den Kurzschluss über das Strommessgerät kommt es zu einem Stromfluss. Dieser Stromfluss führt zu einem magnetischen Feld:
H=I/2*π*r
(H ist die magnetische Feldstärke)
Dieses Magnetfeld haben wir ja gesehen, ist dem äußeren Magnetfeld entgegengerichtet und wirkt somit der Fallrichtung des Magneten entgegen weshalb der Magnet in seiner Fallgeschwindigkeit langsamer wird.
Da im 2. Beispiel die Spannung gemessen wird haben wir einen theoretisch unendlich hohen Widerstand, es kommt also zu keinem Stromfluss und da die Leistung das Produkt aus Spannung und Strom ist:
P=U*I
wird das Produkt 0 sein es wird also keine elektrische Energie umgesetzt somit wird auch keine kinetische Energie in elektrische umgewandelt.
