10 Beispiele für Fragen zur elektromagnetischen Induktion (EMK-Induktion)
1. Ein Generator besitzt eine Spule mit N Windungen und A Querschnittsfläche. Die Spule befindet sich in einem Magnetfeld B und wird mit der Winkelgeschwindigkeit ω so gedreht, dass eine maximale induzierte EMK von 50 Volt erzeugt wird. Wenn sich das Magnetfeld auf die Hälfte seines ursprünglichen Wertes und die Winkelgeschwindigkeit auf das Vierfache ihres ursprünglichen Wertes ändert, beträgt die maximale induzierte EMK …
A. 25 Volt
B. 50 Volt
C. 100 Volt
D. 200 Volt
E. 250 Volt
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Anzahl der Umdrehungen 1 (N 1 ) = N
Querschnittsfläche 1 (A 1 ) = A
Magnetfeld 1 (B 1 ) = B
Winkelgeschwindigkeit 1 (ω 1 ) = ω
Maximale induzierte EMK 1 (ε 1 ) = 50 Volt
Magnetfeld 2 (B 2 ) = 0,5B = 0,5(1) = 0,5
Winkelgeschwindigkeit 2 (ω 2 ) = 4ω = 4(1) = 4
Frage: Die maximale induzierte EMK beträgt 2 (ε 2 )
Antwort:
Gleichung für die maximale induzierte EMK:
ε max = NBA ω
Information :
ε <sub>max</sub> = maximale induzierte EMK, N = Windungszahl, B = Magnetfeld, A = Querschnittsfläche, ω = Winkelgeschwindigkeit
Maximal induzierte EMF 1 (ε 1 ):
ε max = NBA ω
Wenn ω = 1 und B = 1, dann
50 = N (1) A (1)
50 = Nicht verfügbar
Maximal induzierte EMF 2 (ε 2 ):
ε max = NBA ω
NA = 50, B = 0,5, ω = 4
ε max = (50)(0,5)(4)
ε max = 100
Die richtige Antwort ist C.
2. Damit die vom Generator erzeugte maximale EMK die Hälfte des ursprünglichen Wertes beträgt, muss die folgende Größe gemäß der untenstehenden Aussage geändert werden...
A. Die Winkelgeschwindigkeit und die Anzahl der Umdrehungen werden verdoppelt.
B. Die magnetische Induktion und ihre Frequenz verdoppeln sich.
C. Die Querschnittsfläche und die Periodendauer verdoppeln sich.
D. Die Anzahl der Umdrehungen und die Periode werden auf das Vierfache der ursprünglichen Werte erhöht.
E. Die Frequenz und die Periode werden verdoppelt.
Diskussion
Gleichung für die maximale induzierte EMK:
ε max = NBA ω
Information :
ε <sub>max</sub> = maximale induzierte EMK, N = Windungszahl, B = Magnetfeld, A = Querschnittsfläche, ω = Winkelgeschwindigkeit
Wenn N = 1, B = 1, A = 1, ω = 1, dann ist ε max = NBA ω = (1)(1)(1)(1) = 1
A. Die Winkelgeschwindigkeit (ω) und die Anzahl der Umdrehungen (N) werden verdoppelt.
ε max = NBA ω
ε max = (2)(1)(1)(2)
ε max = 4
B. Die magnetische Induktion (B) und ihre Frequenz (f) werden verdoppelt.
Die Formel für die Winkelgeschwindigkeit (ω) lautet: 2πf. Die Frequenz ist direkt proportional , sodass sich bei Verdopplung der Frequenz (f) auch die Winkelgeschwindigkeit (ω) verdoppelt.
ε max = NBA ω
ε max = (1)(2)(1)(2)
ε max = 4
C. Die Querschnittsfläche (A) wird verdoppelt und die Periode vervierfacht sich im Vergleich zum ursprünglichen Wert.
Die Formel für die Winkelgeschwindigkeit (ω) lautet: 2πf = 2π/T. Die Periode ist umgekehrt proportional, sodass sich die Winkelgeschwindigkeit auf ein Viertel der ursprünglichen reduziert, wenn die Periode das Vierfache der ursprünglichen Periode erreicht.
ε max = NBA ω
ε max = (1)(1)(2)(1/4) = 2/4
ε max = 1/2
D. Die Anzahl der Windungen (N) und die Periodendauer (T) werden auf das Vierfache erhöht.
Die Formel für die Winkelgeschwindigkeit (ω) lautet: 2πf = 2π/T. Die Periode ist umgekehrt proportional, sodass sich die Winkelgeschwindigkeit auf ein Viertel der ursprünglichen reduziert, wenn die Periode das Vierfache der ursprünglichen Periode erreicht.
ε max = NBA ω
ε max = (4)(1)(1)(1/4) = 4/4
ε max = 1
E. Die Frequenz (f) und die Periode (T) werden verdoppelt.
Die Frequenz ist direkt proportional , d. h., wenn die Frequenz (f) verdoppelt wird, verdoppelt sich auch die Winkelgeschwindigkeit (ω). Die Periodendauer ist umgekehrt proportional, d. h., wenn die Periodendauer verdoppelt wird, halbiert sich die Winkelgeschwindigkeit. Das Endergebnis ist, dass die Winkelgeschwindigkeit konstant bleibt.
ε max = NBA ω
ε max = (1)(1)(1)(1)
ε max = 1
Die richtige Antwort ist C.
3. Der magnetische Fluss in einer Spule mit 1.000 Windungen steigt innerhalb von 0,2 Sekunden von 0,03 Wb auf 0,04 Wb, sodass die resultierende EMK E₁ beträgt . Ändert sich der magnetische Fluss in derselben Spule innerhalb von 0,1 Sekunden von 0,02 Wb auf 0,04 Wb, so beträgt die resultierende induzierte EMK E₂ . Das Verhältnis von E₁ zu E₂ ist …
A. 1 : 1
B. 1 : 2
C. 1 : 4
D. 2 : 1
E. 4 : 1
Diskussion
Es ist bekannt, dass:
Anzahl der Umdrehungen (N) = 1000
Flussänderung 1 ( Δφ 1 ) = 0,04 Wb – 0,03 Wb = 0,01 Wb
Zeitintervall 1 (Δt 1 ) = 0,2 Sekunden
Induzierte EMK² = E²
Flussänderung 2 ( Δφ 1 ) = 0,04 Wb – 0,02 Wb = 0,02 Wb
Zeitintervall 2 (Δt 2 ) = 0,1 Sekunden
Induzierte EMK² = E²
Gefragt: E 1 : E 2
Antwort:
Vergleich von E 1 und E 2 :
E 1 : E 2
50: 200
1: 4
Die richtige Antwort ist C.
4. Eine Spule dringt senkrecht in ein homogenes Magnetfeld ein und erzeugt eine induzierte EMK. Wird die Spule durch eine andere Spule mit der doppelten Windungszahl der ursprünglichen Spule ersetzt und bleibt die Änderungsrate des magnetischen Flusses konstant, so ist das Verhältnis der anfänglichen zur endgültigen induzierten EMK...
A. 1 : 1
B. 1 : 2
C. 2 : 1
D. 3 : 1
E. 3 : 2
Diskussion
Ist bekannt :
Anfangsanzahl der Umdrehungen (N) = 1
Endgültige Anzahl der Umdrehungen (N) = 2
Anfangsänderungsrate des Flusses (ΔØ)B / Δt) = endgültige Flussänderungsrate (ΔØB /Δt)
Gefragt Vergleich der anfänglichen und endgültigen induzierten EMK
Jawab :
Faradaysches Induktionsgesetz :
E = -N (ΔØB /Δt)
Beschreibung: E = induzierte EMK, N = Windungszahl, ΔØB / Δt = Änderungsrate des Flusses
Vergleich der anfänglichen und endgültigen induzierten EMK :
E Start : E Ende
-N (ΔØB / Δt) : -N (ΔØB /Δt)
1: 2
Die richtige Antwort ist B.
5. Im Anfangszustand (1) ändert sich der magnetische Fluss in einer Spule mit 20 Windungen innerhalb von 2 Sekunden um 5 Wb. Im Zustand (2) dauert dieselbe Flussänderung 8 Sekunden. Das Verhältnis der induzierten EMK im Zustand (1) und (2) beträgt…
A. 1 : 1
B. 2 : 1
C. 3 : 1
D. 4 : 1
E. 4 : 3
Diskussion
Ist bekannt :
Änderungsrate des Flusses (ΔØ)B / Δt) Anfangswert = 5/2
Änderungsrate des Flusses (ΔØ)B / Δt) Ende = 5/8
Anzahl der Umdrehungen (N) = 20
Gefragt Vergleich der anfänglichen und endgültigen induzierten EMK
Jawab :
E Start : E Ende
-N (ΔØB / Δt) : -N (ΔØB /Δt)
20 (5/2) : 20 (5/8)
5/2: 5/8
1/1 : 1/4
4: 1
Die richtige Antwort ist D.
6. Die erste Spule hat 200 Windungen und ändert ihren magnetischen Fluss um 0,06 Wb in 0,4 s. In der zweiten Spule ändert sich der magnetische Fluss um 0,08 Wb in 0,2 s. Wenn die Windungszahl der zweiten Spule halbiert wird, beträgt das Verhältnis der induzierten EMK in der ersten und zweiten Spule …
A. 2 : 3
B. 3 : 1
C. 3 : 4
D. 3 : 5
E. 3 : 8
Diskussion
Ist bekannt :
Änderungsrate des Flusses (ΔØ)B / Δt) Anfangswert = 0,06/0,4
Anfangsanzahl der Umdrehungen (N) = 200
Änderungsrate des Flusses (ΔØ)B / Δt) Ende = 0,08/0,2
Endgültige Anzahl der Umdrehungen (N) = 100
Gefragt Vergleich der anfänglichen und endgültigen induzierten EMK
Jawab :
E Start : E Ende
-N (ΔØB / Δt) : -N (ΔØB /Δt)
200 (0,06/0,4) : 100 (0,08/0,2)
2 (0,15) : 1 (0,4)
0,3: 0,4
3: 4
7. Zu den folgenden Faktoren gehören:
(1) Anzahl der Windungen der Spule
(2) Änderungsrate des magnetischen Flusses
(3) Richtung des Magnetfelds
Was die induzierte EMK erhöht, ist….
A. (1), (2) und (3)
B. Nur (1) und (2).
C. (1) und (3) nur
D. (1) nur
E. (2) nur
Diskussion
EMK steht für elektromotorische Kraft. Anders ausgedrückt: Die EMK ist eine elektrische Stromquelle, beispielsweise eine Batterie. Basierend auf Experimenten von Faraday wurde entdeckt, dass ein konstantes Magnetfeld zwar keinen elektrischen Strom erzeugen kann, ein sich änderndes Magnetfeld jedoch schon. Dieser induzierte Strom wird als induzierter Strom bezeichnet.
Die Faktoren, die die induzierte EMK beeinflussen, können mithilfe des Faraday'schen Induktionsgesetzes bestimmt werden, das mathematisch durch die Formel ausgedrückt wird:
Das negative Vorzeichen in der obigen Formel erklärt, dass die Richtung des vom induzierten Strom erzeugten Magnetfelds immer der Richtung des Magnetfelds entgegengesetzt ist, das den induzierten Strom erzeugt.
Information :
N = Anzahl der Spulenwindungen, B = Magnetfeld, A = Spulenoberfläche, θ = Winkel zwischen dem Magnetfeld (B) und der Senkrechten zur Spulenoberfläche (A).
Wenn B senkrecht zur Oberfläche der Spule steht, dann ist θ = 0 o, sodass Φ B = BA cos 0 o = BA (1) = B A.
Wenn B parallel zur Oberfläche der Spule ist, dann ist θ = 90 ° , sodass Φ B = BA cos 90 ° = BA ( 0) = 0.
Aus der obigen Formel lässt sich schließen, dass die induzierte EMK von der Anzahl der Spulenwindungen (N), der Änderungsrate des magnetischen Flusses und der Richtung des Magnetfeldes (θ ) abhängt.
Die richtige Antwort ist A.
8. Zu den folgenden Faktoren gehören:
(1) Anzahl der Windungen der Spule
(2) Änderungsrate des magnetischen Flusses
(3) äußere Hindernisse
Die induzierte EMK in der Spule wird beeinflusst durch Folgendes:…
A. (1) und (3)
B. (1) und (2)
C. (2) nur
D. (2) und (3)
E. (3) nur
Diskussion
Die richtige Antwort ist B.
9. Betrachten Sie die folgende Abbildung! Wenn ein elektrischer Strom I durch den Draht AB fließt, dann ist die Richtung der magnetischen Kraft, die auf den Draht AB wirkt, …
A. In Richtung B
B. Nach links
C. Nach rechts
D. Senkrecht zur Papierebene
E. Senkrecht zur Papierebene
Diskussion
Ist bekannt :
Stromrichtung = A nach B (nach unten)
Richtung des Magnetfelds = vom Nordpol zum Südpol des Magneten (nach rechts)
Gefragt Richtung der magnetischen Kraft
Jawab :
Rechte-Hand-Regel
Strecken Sie Ihre rechte Hand aus, strecken Sie den Daumen und schließen Sie die übrigen vier Finger. Richten Sie die vier Finger so aus, dass sie in Richtung des Magnetfelds (B) zeigen. Dan Der Daumen zeigt die Richtung der Ladungsbewegung (v) an. Bei positiver elektrischer Ladung zeigt die Handfläche der rechten Hand in Richtung der magnetischen Kraft (F). Bei negativer Ladung zeigt der Handrücken der rechten Hand in Richtung der magnetischen Kraft (F).
Die Richtung des konventionellen elektrischen Stroms, wie im obigen Beispiel, entspricht der Richtung einer positiven elektrischen Ladung. Gemäß der Rechte-Hand-Regel verläuft die magnetische Kraft senkrecht zur Papierebene bzw. in Richtung des Betrachters.
Die richtige Antwort ist E.
10. Ein gerader, stromdurchflossener Draht befindet sich, wie in der Abbildung gezeigt, zwischen zwei Magnetpolen. Die Richtung der magnetischen Kraft auf den Draht ist gleich der Richtung des Stroms.
A. Positive z-Achse
B. Negative z-Achse
C. Positive y-Achse
D. Negative y-Achse
E. Positive x-Achse
Diskussion
Ist bekannt :
Richtung des elektrischen Stroms = nach links
Magnetfeldrichtung = Nord nach Süd (oben)
Gefragt Richtung der magnetischen Kraft
Jawab :
Bei Anwendung der Rechte-Hand-Regel steht die Richtung der magnetischen Kraft senkrecht zur Papierebene, also vom Auge des Lesers weg, oder in Richtung der negativen z-Achse.
Die richtige Antwort ist B.
Fragequelle:
Physikfragen für die nationale Prüfung an weiterführenden Schulen/Berufsschulen
