Aufgabe 3 · Abitur NRW Physik LK · Induktives Laden von Elektrofahrzeu 2026

Thema: Magnetfeld und elektromagnetische Induktion · Aus der Prüfung LK · Induktives Laden von Elektrofahrzeugen (2026)

Aufgabenstellung

Material 3: Dynamisches Laden auf einer Teststrecke

Beim dynamischen Laden auf einer Teststrecke der Universität Stuttgart fährt das Elektrofahrzeug über eine Strecke von 40 hintereinander liegenden Bodenplatten. Jede dieser Platten enthält eine flache, quadratische Primärspule, wie sie in Material 1 beschrieben ist. An alle Spulen wird dieselbe Wechselspannung angelegt. Die Sekundärspule im Elektrofahrzeug ist baugleich mit den Primärspulen.

Material 4: Magnetische Flussdichte um gerade Leiter

Beide Leiter sind im Schnitt als Kreise dargestellt. Im linken Leiter fließen die Elektronen senkrecht in die Zeichenebene hinein, im rechten Leiter fließen sie mit gleicher Stromstärke senkrecht aus der Zeichenebene hinaus. Der Abstand rr und die Flussdichte BB sind in willkürlichen Einheiten aufgetragen.

In Material 3 ist das Prinzip des dynamischen Ladens auf einer Teststrecke beschrieben.

a)

Zeichnen Sie die Richtung der Elektronenbewegung in einer Primärspule in Abbildung 3 ein. Beschreiben Sie, wie Sie die Richtung der Elektronenbewegung ermittelt haben.

Abbildung 4a (M 4) zeigt die Flussdichte BB eines stromdurchflossenen Leiters in Abhängigkeit vom Abstand rr.

b)

Zeichnen Sie in Abbildung 4b die magnetische Flussdichte des Feldes um den rechten Leiter ein. Skizzieren Sie die Flussdichte des Feldes, das sich aus der Überlagerung der beiden Magnetfelder ergibt, in Abbildung 4b.

c)

Begründen Sie, dass das magnetische Feld am Ort der Sekundärspule dem magnetischen Feld zweier langer Leiter (M 4) ähnelt und nicht homogen ist.

Aufgabenstellung: Aufgabe 3 · Abitur NRW Physik LK · Induktives Laden von Elektrofahrzeu 2026

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

a) Beschreiben Sie, wie Sie die Richtung der Elektronenbewegung ermittelt haben.

Lösung: Die Richtung der Elektronenbewegung lässt sich mithilfe der Linke-Hand-Regel aus der Magnetfeldrichtung ermitteln. Hält man die gekrümmten Finger der linken Hand in die Richtung der Magnetfeldlinien, so zeigt der Daumen in die Bewegungsrichtung der Elektronen.

c) Begründen Sie, dass das magnetische Feld am Ort der Sekundärspule dem magnetischen Feld zweier langer Leiter (M 4) ähnelt und nicht homogen ist.

Lösung: Die Sekundärspule befindet sich jeweils über einer oder über zwei aufeinanderfolgenden Primärspulen. In den aneinandergrenzenden Leiterstücken zweier Primärspulen fließen die Elektronen in entgegengesetzte Richtungen. Daher löschen sich deren magnetische Felder gegenseitig aus. Die Felder der Spulenabschnitte links und rechts entlang der Fahrtrichtung überlagern sich zum Magnetfeld zweier langer paralleler Leiter. Das Feld ist nicht homogen, da es, wie in Teilaufgabe b gezeigt, in der Mitte zwischen den Leitern viel schwächer ist als in der Nähe der Leiter.

Zeichnungen zu den Teilaufgaben 3a und 3b

Lösung: 3a) Zeichnung der Elektronenbewegung in Abb. 3: Die Pfeile zeigen die Elektronenbewegung im Uhrzeigersinn (bzw. gemäß der Linke-Hand-Regel) in der Spule. 3b) Zeichnung der Flussdichte um den rechten Leiter und der Überlagerung in Abb. 4b: Die magnetische Flussdichte um den rechten Leiter ist mit durchgezogenen Linien dargestellt, die sich aus der Überlagerung der Felder ergebende Flussdichte durch gestrichelte Linien.

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