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Schule > Physik > Elektrizität und Energie > Klausur Magnetisches Feld (PHY LK 11/2) mit Lösungen

2. Physikklausur Lk 11/2: Magnetisches Feld

Aufgaben:

1. a.) Was versteht man unter dem Hall-Effekt?
   b.) Eine Cu-Folie (d=10 m) wird von einem Strom der Stärke I = 10 A durchflossen.
   Im Magnetfeld B = 0,43 T wird die Hall-Spannung U = 2,2*10 V gemessen.
   Berechnen Sie die Elektronendichte in der Folie!
   
   
2. Eine kreisförmige Leiterschleife (d = 6,5 cm) liegt in einem homogenen Magnetfeld der Flussdichte B = 33 mT. Wie groß ist der magnetische Fluß für den Fall, daß der Winkel f zwischen dem Flächenvektor A und der Flussdichte B f = 60° beträgt?
   
   
3. Beschreiben Sie den prinzipiellen Aufbau und die Wirkungsweise eines Massenspektrografs. (Skizze)!
   
   
   
4. a.) Geben Sie die Bahnkurve eines Elektronenstrahls an, der von links senkrecht in ein homogenes Magnetfeld (Skizze) eintritt.
   b.) Bestimmen Sie den Radius der Bahnkurve, wenn der Strahl mit einer Spannung von 2 kV beschleunigt wurde und die magnetische Flussdichte des homogenen Magnetfeldes 0,5 mT beträgt!
   
   
5. a.) Ein vom Strom I = 4 A durchflossener Probeleiter der Länge l = 5 cm erfährt in einem homogenen Magnetfeld der Flussdichte B = 0,3 T die Kraft F = 0,04 N. Welchen Winkel bildet der Leiter mit den magnetischen Feldlinien ?
   b.) Mit welcher Kraft wirkt das gleiche Magnetfeld auf diesen stromdurchflossenen Leiter, wenn er parallel zu den Feldlinien liegt?
   c.) Wie ist die magnetische Kraft auf ein Elektron gerichtet, das sich einem waagerecht nach Norden gerichteten Magnetfeld waagerecht nach Osten bewegt?
   
   
6. Ein a-Teilchen (He-Kern) durchläuft eine Beschleunigungsspannung U = 200 V und tritt dann in ein Magnetfeld der Stärke B = 1,2*10 T ein. Berechne die magnetische Kraft, wenn die Geschwindigkeit mit B einen Winkel f = 60° einschließt! (mf = 6,67*10 kg)
   
   
7. In einer Spule (l = 3 cm, N = 560 Wdg.) wird bei einer Stromstärke von I = 1,3 A mit einer Hall-Sonde eine magnetische Flussdichte B = 31 mT gemessen. Bestimmen Sie aus diesen Daten die magnetische Feldkonstante !

DIE LÖSUNGEN

1a) Wirkt auf ein stromdurchflossenes Plättchen ein Magnetfeld, so werden die
Ladungsträger nach oben/unten abgelenkt (B - I). Es entsteht eine Potentialdifferenz,
die als Querspannung (= Hallspannung) bezeichnet wird.
1b) geg.: d=10 m ges.: n
I=10 A
B=0,43 T
UH=2,2*10 V
Lsg: Uh=
e=1,602*10 ((TW)
n=
n=1,22*10 (umgestellt 1/m³)
2.) geg.: d=6,5cm=0,065 m ges.: F
B=33mT=0,033 T
f=60°
Lsg: F=B*A0
Akr= pr²=1/4 pd²
A0=cos f * Akr
=B*sin f*1/4 pd²=5,48*10 Wb
3.) Aufbau: - gekreuztes homogenes magnetisches und elektrisches Feld
- danach Spalt und homogenes magnetisches Feld
Funktion: - Ionen werden beschleunigt per Anode-Kathode-Spannung
- durch gekreuzte Felder wirkt Lorenzkraft gegen Coulombkraft
- Wenn Fel = FL dann haben Teilchen selbe Geschwindigkeit und können
den Spalt passieren (v=U/(d*B))
- durch die Lorenzkraft im nur Magnetfeld-Teil werden die Ionen vertikal
abgelenkt
Auf Grund der Ablenkung bildet sich ein (Halb-) Kreis
Die Ionen werden auf einer Fotoplatte „aufgefangen“
Durch unterschiedliche Masse gibt es Abweichungen im Radius
Es gilt FL=FR ( Q*v*B=m*v²/r
r=(m*v)/(Q*B)
4a) Der Elektronenstrahl wird nach der 3-Fingerregel der linken Hand nach unten bzw.
kreisförmig im Uhrzeigersinn abgelenkt.
4b) FL=FR v=WURZELAUS((2eU)/me)
QvB=m*v²/r Q=e
r=(m*v)/(Q*B) m=me
r=0,302m=30,2 cm
v=26521,74 km/s
5a) FL=I*l*B*sin a
sin a=F/(I*l*B) = 2/3 (dann sin^-1)
a=0,73
a=41,8°
b) F=0. Da der Winkel 0° beträgt wird sin 0°=0 und damit F=0. Es wirkt keine Kraft.
c) 3-Fingerregel linke Hand
Mittelfinger =magnetisches Feld =Nach N
Zeigefinger =Strom =Nach O
Daumen =Kraft =Nach Unten
6) geg.: U=200 V ges.: FL
B=0,12 T
f=60°
ma=6,67*10 kg
Lsg:: Q*U=ma/2*v² Q=2e
v=WURZELAUS((4eU)/ma)
v=138616 m/s
FL=QvB*sin f
FL=2e*v*B*sin f
FL=4,62*10 N
7) geg.: l=0,03m ges.: µ0
N=560
I=1,3 A
B=0,031 T
Lsg.: B=µ0*µR*N*I/l
µ0=(B*l)/(N*I)=1,277*10 H/m
-5
-5
x x x x x x
x x x x x x
x x x x x x
x x x x x x
x x x x x x
x x x x x x
___B
Elektronenstrahl
-1
-27
-5
-5
I*B
n*e*d
-19
I*B
U*e*d
A*T
V*c*m
29
-5
Elektronenstrahl
___B
x x x x x x
x x x x x x
x x x x x x
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x x x x x x
-27
-15
-6

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