ZirkelschlagArbeitsblätter / Themen A–Z / Physik
Elektrische & magnetische Felder, Induktion
Physik · Klasse 12–13 · 4 Blätter · 51 Aufgaben
LehrplanHessen: Q1.1 Elektrisches FeldHessen: Q2.2 Induktion und elektromagnetische Schwingungen
Elektrische Felder, magnetischer Fluss und Induktion: Diese Seite zeigt die Grundformeln und rechnet eine Induktionsspannung durch.
Worum es geht
Zwischen zwei geladenen Platten herrscht ein homogenes elektrisches Feld. Seine Stärke E sagt, wie stark eine Ladung dort angetrieben wird, und hängt nur von Spannung und Plattenabstand ab. Induktion ist der umgekehrte Weg vom Magnetfeld zur Spannung: Ändert sich der magnetische Fluss Φ = B · A durch eine Spule, entsteht an ihren Enden eine Spannung. Entscheidend ist die Änderung pro Zeit. Ein ruhender Magnet in einer ruhenden Spule induziert nichts.
Die Formeln
| Größe | Formel | Einheit |
|---|---|---|
| Feldstärke im Plattenkondensator | E = U / d | V/m |
| magnetischer Fluss | Φ = B · A | Wb = T·m² |
| Induktionsspannung | U_i = N · ΔΦ / Δt | V |
| Spule aus dem Feld gezogen | U_i = N · B · A / Δt | V |
Beispiel, Schritt für Schritt
Aufgabe: Eine Spule (N = 500, A = 20 cm²) wird in 0,1 s aus einem Feld mit B = 0,2 T gezogen. Wie groß ist die induzierte Spannung? (2 NKS)
| Schritt | Rechnung | Warum |
|---|---|---|
| 1 · Formel | U_i = N · B · A / Δt | der Fluss fällt von B · A auf null |
| 2 · Umrechnen | A = 20 cm² = 20 · 10⁻⁴ m² = 0,002 m² | Tesla ist auf Quadratmeter bezogen |
| 3 · Einsetzen | U_i = 500 · 0,2 T · 0,002 m² / 0,1 s | T · m² / s ergibt V |
| 4 · Ergebnis | U_i = 2,00 V |
Der typische Fehler
cm² nicht in m² umrechnen. Mit A = 20 ergibt sich U_i = 20 000 V, eine Spannung wie in einer Zündspule, aus einem Schulversuch mit Handbewegung. Der Fehler entsteht, weil man 1 cm = 0,01 m im Kopf hat und bei Flächen den Faktor nicht quadriert: 1 cm² = 0,0001 m². Dasselbe gilt für mm bei E = U / d: 5 mm = 0,005 m.
So prüfst du dein Ergebnis
Einheit: T · m² / s = V, V / m für die Feldstärke. Größenordnung: Induktionsversuche im Unterricht liefern Millivolt bis einige Volt. Grenzfall: Doppelt so schnell herausziehen, doppelte Spannung; ohne Bewegung keine Spannung.