Aufgabe 1 · Abitur NRW Physik GK · Dynamischer Lautsprecher 2025

1a) Skizzieren Sie in Abbildung 1b des Materials 1 das Feldlinienbild des Magnetfeldes der stromdurchflossenen Spule in der Zeichenebene. Kennzeichnen Sie in diesem Feld den Nordpol der Spule.

Lösung: Der Nordpol der Spule befindet sich auf der linken Seite.

1a) Geben Sie die Richtung der Kraft auf diese Spule im Magnetfeld des Dauermagneten an.

Lösung: nach links

1b) Begründen Sie qualitativ, dass sowohl der Betrag der Stromstärke als auch die Richtung des Stroms einen Einfluss auf die Kraft haben, die auf die Spule im Magnetfeld wirkt.

Lösung: Das Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule ist abhängig von der Stromstärke des Stroms durch die Spule. Größere Stromstärken führen z. B. im Punkt P zu größeren Beträgen der Flussdichte. Eine Umpolung des Stroms ruft die gegensätzliche Orientierung des Magnetfelds hervor. Im dynamischen Lautsprecher resultiert die Kraft auf die Schwingspule aus der Wechselwirkung der Magnetfelder von Schwingspule und Dauermagnet. Da das Feld des Dauermagneten zeitlich konstant ist, wirkt sich eine Variation der Stromstärke der Schwingspule unmittelbar auf Betrag und Richtung der Kraft zwischen Dauermagnet und Spule aus.

1c) Beschreiben Sie zwei mögliche bauliche Veränderungen an der Spule, die bei gleicher Stromstärke jeweils zu einer größeren magnetischen Flussdichte im Punkt P führen würden.

Lösung: - Bei konstanter Länge der Spule und konstanter Stromstärke ist die magnetische Flussdichte umso größer, je mehr Windungen die stromdurchflossene Spule besitzt (Erhöhung der Windungszahl $N$). - Bei konstanter Windungszahl der Spule und konstanter Stromstärke ist die magnetische Flussdichte umso kleiner, je länger die stromdurchflossene Spule ist (Verkürzung der Spulenlänge $l$). - Alternativ: Einbringen eines Kerns mit hoher Permeabilitätszahl $\mu_{\mathrm{r}}$ (z. B. Eisenkern).