Aufgabe Vorschlag B1 - Aufgabe 1 · Abitur Hessen Physik GK 2022

Thema: Magnetfeld und elektromagnetische Induktion · Aus der Prüfung GK (2022)

Aufgabenstellung

Experimente zur Induktion

Die Experimente zur Induktion werden im Folgenden mit Permanentmagneten und mit stromdurchflossenen Spulen durchgeführt.

1.1

Skizzieren Sie in Material 1 das Magnetfeld einer stromdurchflossenen luftgefüllten Spule. [2 BE]

Material 1: Skizze einer luftgefüllten stromdurchflossenen Spule

1.2

Die Abhängigkeit der magnetischen Flussdichte BB im Inneren einer langen luftgefüllten Spule von der elektrischen Stromstärke II durch diese Spule wird experimentell untersucht. Der Versuchsaufbau und die Versuchsergebnisse sind in Material 2 dargestellt. [13 BE]

Material 2: Magnetische Flussdichte im Inneren einer langen Spule

Versuchsaufbau:

Versuchsergebnisse: Anzahl der Windungen N=30N = 30, Länge der Spule L=15 cmL = 15\text{ cm}

II in A\text{A} · 00 · 22 · 44 · 66 · 88 · 1010 · 1212 · 1414 · 1616 · 1818 · 2020

BB in 10−3 T10^{-3}\text{ T} · 00 · 0,520{,}52 · 1,021{,}02 · 1,521{,}52 · 1,961{,}96 · 2,482{,}48 · 2,942{,}94 · 3,463{,}46 · 3,963{,}96 · 4,494{,}49 · 4,984{,}98

Stellen Sie die magnetische Flussdichte BB in Abhängigkeit von der elektrischen Stromstärke II grafisch dar.

Zeigen Sie, dass nach der Formel für die magnetische Flussdichte im Inneren einer langen Spule ein proportionaler Zusammenhang zwischen diesen beiden Messgrößen zu erwarten ist, und bestätigen Sie diesen Zusammenhang mithilfe der grafischen Darstellung.

Bestimmen Sie mithilfe der grafischen Darstellung einen Wert für den Proportionalitätsfaktor und berechnen Sie seine prozentuale Abweichung von dem Wert, der theoretisch zu erwarten ist.

%

Aufgabenstellung: Aufgabe Vorschlag B1 - Aufgabe 1 · Abitur Hessen Physik GK 2022

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

1.1 Skizzieren Sie in Material 1 das Magnetfeld einer stromdurchflossenen luftgefüllten Spule. / 1.2 Stellen Sie die magnetische Flussdichte B in Abhängigkeit von der elektrischen Stromstärke I grafisch dar.

Lösung: 1.1 Skizze des Magnetfelds: Zur Vergabe der vollen BE muss mindestens eine Feldlinie geschlossen skizziert sein. 1.2 Grafische Darstellung:

Zeigen Sie, dass nach der Formel für die magnetische Flussdichte im Inneren einer langen Spule ein proportionaler Zusammenhang zwischen diesen beiden Messgrößen zu erwarten ist, und bestätigen Sie diesen Zusammenhang mithilfe der grafischen Darstellung.

Lösung: Für die magnetische Flussdichte im Inneren einer luftgefüllten langen Spule gilt: B=μ0⋅Nl⋅IB = \mu_0 \cdot \frac{N}{l} \cdot I Da hier NN und ll konstant sind und μ0\mu_0 eine Naturkonstante ist, ist die magnetische Flussdichte BB proportional zu der Stromstärke II. Bestätigen: Der Graph ist eine Gerade durch den Koordinatenursprung. Dies bestätigt den proportionalen Zusammenhang zwischen der magnetischen Flussdichte BB und der Stromstärke II.

Bestimmen Sie mithilfe der grafischen Darstellung einen Wert für den Proportionalitätsfaktor

Lösung: 2,5⋅10−4 T/A2{,}5\cdot 10^{-4}\text{ T/A} / 0,25 mT/A0{,}25\text{ mT/A}

berechnen Sie den theoretisch zu erwartenden Wert

Lösung: 2,51⋅10−4 T/A2{,}51\cdot 10^{-4}\text{ T/A} / 0,251 mT/A0{,}251\text{ mT/A}

berechnen Sie seine prozentuale Abweichung von dem Wert, der theoretisch zu erwarten ist.

Lösung: 0,4 % / 0,5 %

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