Übungen zur Physik für Chemiker II

R. Mitdank; M. Gensler; S. Buchholz

Aufgaben zur 6. Übung am 21.05.12

Magnetisches Moment, magnetische Feldstärke, Induktion

21. Magnetisches Moment einer rotierenden Ladung

Ein Teilchen der Ladung q und der Masse m bewegt sich mit der Winkelgeschwindigkeit w auf einer Kreisbahn mit dem Radius r.

a) Zeigen Sie, dass der Mittelwert des Stromes durch und der Betrag des magnetischen Momentes durch gegeben ist.

b) Geben Sie die Beziehung zwischen dem magnetischen Moment und dem Drehimpuls an, wenn gilt.

c) Spezifizieren Sie obige Resultate für das H-Atom unter der Annahme, dass der Bahndrehimpuls durch L = h/(2^.pi) gegeben ist ( h – Plancksches Wirkungsquantum).

22. Ringspule

Eine Ringspule hat den mittleren Torusdurchmesser d₁ = 10 cm und N = 450 Windungen mit dem Querschnittsdurchmesser d₂ = 2,0 cm. Der Luftraum im Spuleninneren wird vom Fluss

F= 2,0 µWb (1Wb = 1Weber = 1Vs) durchsetzt.

a) Wie groß ist die magnetische Feldstärke im Spuleninneren?

b) Wie groß ist die Stromstärke I in der Spule?

c) Welche Gegenspannung U_i entsteht durch Selbstinduktion, wenn ein Strom I = I_maxcoswt durch die Spule fließt?

(w = 100p s^-1 ; I_max = 3,536 A)

23. Induktion

Eine quadratische Spule von 5 cm Kantenlänge und 50 Windungen rotiert mit 240 U/min im

Inneren einer langen Zylinderspule, die pro 1 cm Länge 8 Windungen trägt und von 6 A

durchflossen wird. Welchen Höchstwert erreicht die induzierte Spannung ?

24. Wechselfeld

Zur Messung eines von der Netzspannung (Frequenz f = 50 Hz) herrührenden magnetischen Störfeldes befindet sich eine Spule der Windungszahl N = 500 und der Windungsfläche A = 2,0 cm² an dem zu untersuchenden Ort. Durch Verändern der Orientierung der Spulenachse im Raum findet man diejenige Richtung heraus, bei der die induzierte Wechselspannung ihren größten Wert U_max = 1,84 mV hat.

Welchen Wert H_m hat die Amplitude der magnetischen Feldstärke?