Aufgabe 3 · Abitur NRW Physik LK · Metalldetektoren 2026

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

Aufgabenstellung

Aufgabe 3

Material 4: Die Lagen von Ringen im Erdreich

Ob Metallobjekte von einem Detektor erkannt werden können, hängt von vielen Faktoren ab. Hierzu zählt unter anderem die Lage des Objekts. Der Detektor befindet sich jeweils senkrecht oberhalb eines Rings direkt auf dem Erdreich und liefert ein Signal mit einer bestimmten Stärke. Die Signalstärke ist umso höher, je höher die induzierte Spannung in einem Ring ist.

Abbildung 4 zeigt mögliche Lagen eines Rings im Erdreich. In den Lagen I und III ist die Tiefe im Erdreich gleich. In Lage III ist der Ring geneigt. Im Bereich des Rings ist das Primärfeld näherungsweise homogen.

Die Abbildung 4 in Material 4 zeigt Ringe in verschiedenen Lagen im Erdreich.

Als Referenzwert gilt die Signalstärke von Ring I. Begründen Sie die Änderungen der Signalstärke am Detektor, wenn der Detektor sich jeweils mit derselben Spule oberhalb des Rings II bzw. III befindet. [8 BE]

Ring II:

Ring III:

Aufgabenstellung: Aufgabe 3 · Abitur NRW Physik LK · Metalldetektoren 2026

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

Begründen Sie die Änderung der Signalstärke für Ring II im Vergleich zu Ring I.

Lösung: Ring II befindet sich näher an der Oberfläche als Ring I. Deshalb ist die von der Spule erzeugte maximale Änderung der magnetischen Flussdichte am Ort von Ring II größer. Die induzierte Spannung ist dadurch höher, was zu einem stärkeren Signal am Detektor führt.

Begründen Sie die Änderung der Signalstärke für Ring III im Vergleich zu Ring I.

Lösung: Ring III ist gegenüber Ring I geneigt. Die wirksame Fläche wird dadurch verkleinert. Durch die Abnahme der induzierten Spannung nimmt auch die magnetische Flussdichte ab. Folglich verursacht Ring III ein schwächeres Signal.

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