Aufgabe 2 · Abitur NRW Physik LK · Metalldetektoren 2026

Thema: Magnetfeld und elektromagnetische Induktion · Aus der Prüfung LK · Metalldetektoren (2026)

Aufgabenstellung

Aufgabe 2

Im Folgenden wird die Suche nach einem verlorenen Ring, der sich im Erdreich befindet, mit einem Puls-Induktions-Metalldetektor betrachtet (Material 3).

Material 3: Maximale magnetische Flussdichteänderung einer Spule im Erdreich

Im Erdreich befindet sich ein Ring in dem von der Spule erzeugten zeitlich veränderlichen Magnetfeld. Ein metallischer Ring kann näherungsweise als Leiterschleife betrachtet werden, sodass das Induktionsgesetz angewendet werden kann. Abbildung 3 zeigt die maximale magnetische Flussdichteänderung in Abhängigkeit von der Bodentiefe ss bei verschiedenen Durchmessern dd der im Metalldetektor verwendeten Spule.

a)

Erläutern Sie zwei Einflussgrößen, durch die die an einem Ring im Erdreich induzierte Spannung besonders hoch wird. [4 BE]

b)

Vergleichen Sie den Einsatz von kleinen und großen Spulen beim Suchvorgang. Gehen Sie dabei jeweils auf zwei Aspekte ein. [8 BE]

Aufgabenstellung: Aufgabe 2 · Abitur NRW Physik LK · Metalldetektoren 2026

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

a) Erläutern Sie zwei Einflussgrößen, durch die die an einem Ring im Erdreich induzierte Spannung besonders hoch wird. [4 BE]

Lösung: 1. Hohe zeitliche Änderung der magnetischen Flussdichte B˙\dot{B} durch die vom Ring eingeschlossene Fläche. 2. Große wirksame, von Feldlinien durchsetzte Fläche des Objektes (Ringes).

b) Vergleichen Sie den Einsatz von kleinen und großen Spulen beim Suchvorgang. Gehen Sie dabei jeweils auf zwei Aspekte ein. [8 BE]

Lösung: Große Spulen: Höhere maximale Flussdichteänderung in größeren Tiefen (größere Tiefenreichweite), breiterer Suchbereich (kann jedoch mehrere Objekte gleichzeitig erfassen). Kleine Spulen: Höhere maximale Flussdichteänderung in geringen Tiefen, kleinerer Suchbereich (bessere Lokalisierung/Trennung einzelner Objekte), jedoch starker Abfall der Flussdichteänderung mit zunehmender Tiefe.

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