Referat aus der Physik
© Sebastian Stumpf
Thema: Das Magnetfeld langer Spulen
Versuchsaufbau:
Benötigte Geräte:
Bemerkung: Anstelle des Teslameters kann auch eine Induktionsspule mit ballistischem Galvanometer verwendet werden.
Versuch 1:
Abhängigkeit der Feldgröße B von der Länge l der Spule bei Konstantem I
Für den 1. Versuch wird der Quotient n= N/l (Windungsdichte) eingeführt. Während des Versuches werden Windungszahl und Länge der Spule gleichmäßig vergrößert, sodass die Windungsdichte n immer gleich bleibt.
Die magnetische Flußdichte B wird dann in Abhängigkeit von der Länge der Spule l gemessen (mit Axialer Hallsonde).
Bemerkung: Bei der Messung von B ist 1 T = 1 Vs/m²
I in A |
l in m |
B in mT |
1 |
0 |
|
1 |
0,01 |
|
1 |
0,02 |
|
1 |
0,03 |
|
1 |
0,04 |
|
1 |
0,05 |
|
1 |
0,06 |
|
1 |
0,07 |
|
1 |
0,08 |
|
1 |
0,09 |
|
1 |
0,1 |
|
1 |
0,11 |
|
1 |
0,12 |
|
1 |
0,13 |
|
1 |
0,14 |
Ergebnis:
Ab der bestimmten Spulenlänge lm ist B konstant anzusehen.
Versuch 2:
Abhängigkeit der Feldgröße B von der Windungsdichte n bei konstantem I
Bei dem 2. Versuch wird die Windungsdichte verändert, das heißt in diesem Fall, dass die Windungszahl vergrößert wird und nicht die Länge Þ die Windungsdichte steigt.
Für diese Messungen wird eine tangentiale Hallsonde verwendet.
 |
n=600/0,12=5000 Wdg./m |
| I in A | 0,5 |
0,5 |
0,5 |
| l in m | 2·0,06 |
2·0,06 |
2·0,06 |
| Ng | 600 |
1200 |
2400 |
| n in Wdg./m | 5000 |
10000 |
20000 |
| B in mT |
Ergebnis: Bei I=Constant gilt:
B ~ n Þ B ~ N/l
Versuch 3:
Abhängigkeit der Feldgröße B von I bei konstantem n
Bei dem 3.Versuch werden weder Windungszahl noch Länge verändert (Þ n=Constant).
Die Stromstärke I dagegen, wird stufenweise von 0 A bis zu 4A erhöht.
Für diesen Versuch wird eine tangentiale Hallsonde verwendet.
I in A |
B in Vs/m2 |
0 |
|
1 |
|
2 |
|
3 |
|
4 |
Ergebnis: Bei konstantem n gilt:
B ~ I
Wenn man alle Ergebnisse zusammenfaßt gilt:
B ~ IN/l oder B ~ I · n
Die Größe IN/l wird mit H (magnetische Feldstärke oder magnetische Erregung) bezeichnet.
H:= I·N/l
[H] = A/m
Bemerkung: Diese Formel gilt für "unendlich" lange Zylinderspulen, d.h. mit l ³ lm .
Es ergibt sich nun:
B ~ H oder B = m 0 · H
Anhang:
Weitere Messungen:
| Zu Versuch 1: | |||
| N=300 | |||
l in m |
B in mT |
B in mT |
B in mT |
0 |
0,4 |
0,3 |
0,3 |
0,01 |
0,5 |
0,6 |
0,6 |
0,02 |
1,5 |
1,3 |
1,4 |
0,03 |
2 |
2 |
2 |
0,04 |
2,3 |
2,2 |
2,2 |
0,05 |
2,4 |
2,3 |
2,2 |
0,06 |
2,5 |
2,2 |
2,2 |
0,07 |
2,5 |
2,2 |
2,3 |
0,08 |
2,3 |
2,3 |
2,3 |
0,09 |
2,4 |
2,4 |
2,3 |
0,1 |
2,3 |
2,3 |
2,4 |
0,11 |
2,3 |
2,3 |
|
0,12 |
2,4 |
2,3 |
|
0,13 |
2,4 |
2,3 |
|
0,14 |
2,4 |
2,4 |
|
0,15 |
2 |
2,3 |
|
0,16 |
1,9 |
2,1 |
|
0,17 |
1,7 |
1,9 |
|
| Zu Versuch 2: | |||
| Ng | 600 |
1200 |
2400 |
| n in Wdg./m | 5000 |
10000 |
20000 |
| B in mT | 2,4 |
4,7 |
9 |
| B in mT | 2,3 |
4,6 |
8,9 |
| B in mT | 2,3 |
5,2 |
8,8 |
| B in mT | 2,5 |
4,7 |
8,9 |
| Zu Versuch 3: | |||
I in A |
B in Vs/m2 |
B in Vs/m3 |
B in Vs/m4 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
4,7 |
4,6 |
4,6 |
2 |
9,1 |
9,1 |
9,1 |
3 |
13,7 |
13,5 |
13,6 |
4 |
19 |
18,5 |
18,3 |
Quelle: Müller / Leitner / Mráz: LK 1. Semester (Elektrische und magnetische Felder); Ehrenwirth