Warum schwingt eine Leiterschaukel durch ein Magnetfeld?
Hallo,
ich lerne gerade für Physik und habe folgendes Problem:
In einer Aufgabe schwingt eine Leiterschaukel durch ein Magnetfeld. Nun kann ich mir jedoch nicht erklären warum sie überhaupt schwingt. Durch die Lorenzkraft entsteht ja ein elektrisches Feld innerhalb des Leiters und somit auch ein Gegenmagnetfeld, das den Leiter abstößt, oder?
Aber warum bleibt sie dann nicht in ihrem höchsten Punkt stehen? Ich verstehe nicht so ganz warum die Spannung wieder abnimmt und der Leiter wieder zurück schwingt.
Es wäre sehr nett, wenn mir jemand helfen könnte.
LG
5 Antworten
> warum sie überhaupt schwingt.
Soweit ich Deine Angaben richtig verstanden habe, steht da nicht, dass sie ungebremst ewig weiterschwingt. Ich nehme daher mal an, jemand hat sie angestoßen und deshalb schwingt sie.
Da die Spannung gemessen wird, fließt - bei üblicher Art der Spannungsmessung - nur wenig Strom, die Bremswirkung ist damit gering und vermutlich nicht Teil der Aufgabe.
> Aber warum bleibt sie dann nicht in ihrem höchsten Punkt stehen?
Wegen der Erdanziehung?
Bliebe sie stehen, gäbe es keine induzierte Spannung, was sollte sie also in dieser Position halten? Wenn schon, dann könnte sie nur am tiefsten Punkt stehen bleiben. Das macht sie auch, nachdem sie lange genug hin und her schwang. Deine Aufgabe ist aber IMO, den Spannungsverlauf während des ersten Hin- und Hers zu begründen.
Dabei hilft Dir vermutlich, wenn Du Dich an das Pendel erinnerst, dessen Schwingung Ihr in einer früheren Unterrichtseinheit mal hattet.
- seit wann soll sie das tun? bei mir hat sie nur gequalmt... Wechselstrom ist kompliziert...
- der Strom-Stoß beim Einschalten stellt die Strom-Änderung dar... danach bleibt er konstant... nur die Änderung des Stroms erzeugt auch ein Magnetfeld...
- oda?
- Strom an: von 0A auf 5A (oder so)
- Strom aus: von 5A auf 0A...
- oda?
- ich hab den Versuch ja nie gesehn... aber so stell ich ihn mir vor... :) gleich werde ich mir vorstellen, wie ich Natur-Reis koche... :)
- ist es nich so, dass in der Formel zur Lorenzkraft irgendwas von der Stromänderung steht? dI oder so?
alternativ könnte es so sein, dass die Spannungsquelle den Kurzschluss, den die Leiterschaukel nunmal darstellt, erkennt... dann schaltet die Spannungsquelle also ab und die Leiterschaukel stürzt zurück... :)
Dankeschön,
Die Stromänderung muss glaube ich nur bei der Induktionsspannung gegeben sein aber hier ist nochmal die Aufgabenstellung:Ein Kupferstap der Länge 14cm hängt an zwei dünnen Kupferdrähten. Diese leiterschaukel schwingt in einem homogenen Magnetdeld der Stärke B=0,2*10^-2 T. Erklären sie den vorliegenden Spannungsverlauf (Da wurde eine Sinuskurve dargestellt).
- ach nee... die Lorentzkraft ist einfach nur F=B·I·delta l
- tja
- wo war es denn, dass der Strom sich ändern muss, damit was passiert? bei der Induktion?
- also die Lorenzkraft tritt tatsächlich bei konstantem Strom auch konstant auf...
- dann kann es also nur noch sein, dass die Spannungsquelle den Strom nich lange erzeugen kann... oder ich weiß auch nich was...
- da ist was mit Animation: https://www.leifiphysik.de/elektrizitaetslehre/kraft-auf-stromleiter-e-motor/lorentz-kraft
- „Lorentzkraft“ schreibt sich mit zwei „t“ übrigens... eins ist vor dem „z“...
- da ist noch n Film: https://www.youtube.com/watch?v=i0TpfXiKfsk
also in dem Film bleibt sie im höchsten Punkt stehen... LOL
der ist noch besser: https://www.youtube.com/watch?v=hsPiRwNpu6w
das hört sich doch nach Induktion an... oder? die Bewegung verursacht die Stromänderung...
oder warum schwingt die Leiterschaukel?
"Durch die Lorenzkraft entsteht ja ein elektrisches Feld innerhalb des Leiters und somit auch ein Gegenmagnetfeld, das den Leiter abstößt, oder?"
Richtig (s. Lenzsche Regel). Normalerweise tut sie das auch. Ich tippe mal hier auf Wechselspannung, denn je nach Stromrichtung wird der Leiter zur einen oder anderen Seite abgelenkt, da die Richtung der wirkenden Lorentzkraft von der Richtung der bewegten Ladung abhängt. Bei Wechselspannung haben wir eine sich ändernde Stromrichtung. Deswegen schwingt die Leiterschaukel, da sie sowohl einmal nach links und einmal nach rechts abgelenkt wird :)
Danke Physikhelfer, dass mach auf jeden Fall Sinn mit der Wechselspannung:) Wäre das nicht Selbstinduktion, was der Leiter da betreibt, da er sich doch durch die ändernde Stromrichtung selbst Strom induziert und dann immer wieder eine Umpolung stattfindet (Sinuskurve), oder?
Wechselspannung lässt sich mithilfe einer Sinusfunktion modellieren, korrekt. Von Selbstinduktion spricht man eigentlich nur, wenn sich die magnetische Flussdichte in einer Spule verändert und dadurch eine Induktionsspannung entsteht.
Ok, vielen Dank. Habe es jetzt verstanden:)
Aber war es nicht so:
Spannung Selbstinduktion: Änderung der elektrischen Stromstärke
Spannung Induktion: Änderung der Flussdichte
Kann aber auch sein, dass ich falsch liege.
Moment mal. Als Induktion bezeichnet man grundsätzlich das Entstehen eines elektrischen Feldes durch Änderung der magnetischen Flussdichte. Aber man kann auch mittels Flächenänderung eine Spannung induzieren. Denn die induzierte Spannung ist nichts weiter als die zeitliche Ableitung des magnetischen Flusses mit einem negativem Vorfaktor von (-1). Der Magnetische Fluss selber ist definiert als Flussdichte mal senkrechter Fläche und leitet man nach der Produktregel ab, so erhält man einen Teil, der die zeitliche Änderung der senkrechten Fläche enthält und einen anderen Teil, der die zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte enthält.
Von Selbstinduktion spricht man ausschließlich bei einer Änderung der magnetischen Flussdichte innerhalb einer Spule. Die senkrechte, vom Magnetfeld durchsetzte Fläche ändert sich nicht und ist Konstant, also der dieser abgeleitete Teil gegen 0 und übrig bleibt die zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte.
Ok danke für die Erklärung:) Wollte mir aber auch nicht anmaßen, dich zu korrigieren. Wollte nur sichergehen, dass ich es verstanden hab.
Das ist kein Problem, ich habe den Text noch etwas korrigiert bzw. editiert.
Tut mir leid, dass ich noch mal nachhake, aber wie genau entstehen Wechselströme in der Leiterschaukel? Ist es durch die Änderung des Magnetfeldes das die Leiterschaukel erfährt, da das Magnetfeld des Hufeisenmagneten ja außen immer schwächer wird?
Ohne genauen Aufgabentext bringt das nichts!
Ok danke für die Info:) Also es ist so: Ein Kupferstap der Länge 14cm hängt an zwei dünnen Kupferdrähten. Diese leiterschaukel schwingt in einem homogenen Magnetdeld der Stärke B=0,2*10^-2 T. Erklären sie den vorliegenden Spannungsverlauf (Da wurde eine Sinuskurve dargestellt).
Die Leiterschaukel schwingt wie jeder andere Schaukel auch, weil man sie angestoßen hat. Durch die Loretzkraft entsteht eine sinusförmige Spannung, da die Schwingung der Schaukel sinusförmig ist...
Aber warum nimmt die Spannung denn wieder ab?
Meinst du bei jeder Schwingung oder zum Ende hin? Jede angestoßene Schaukel hört irgendwann mal auf zu schwingen...
Weil man sie ausgelenkt und dann losgelassen hat. Sie schwingt nicht von selbst los.
Danke RIDDIC, wie meinst du dass denn genau mit der Stromänderung?