Aufgabe Elektromagnetische Schwingung

Cookie · Gast

Meine Frage:
Hallo,
ich übe gerade für eine Klausur.

Eine lang gestreckt Spule (N=250 Windungen, Länge l=0,25m, Querschnittsfläche A=20cm²) kann über einen Schalter an eine Gleichstromquelle der Spannung U=4V angeschlossen werdenn. Der Widerstand des Stromkreises beträgt 8,0 Ohm.

a) Berechnen sie die Induktivität der Spule.

L= µ*A*N²/l = 4pi*10^-7 VS/Am * 250²/0,25m = 0,63mH

b) Die Spule wird nun mit einem Eisenkern versehen, sodass ihre Induktivität L=0,65 H beträgt. Nach dem Schließen des Schalters nähert sich die Stromstärke asymptotisch ihrem Maximal wert Imax an.

1 Berechne Imax
2 Berechne die in der Spule gespeicherte magnetische Energie

Bei der 1 bin ich mir nicht ganz sicher, da wenn der Schalter geschlossen wird, kommt es ja auch zur Selbstinduktionsspannung der Spule, die der Spannung der Stromquelle entgegengesetzt ist?
Wenn man das berücksichtigen muss, weiß ich nicht weiter.
Ich habs so gemacht:

I=U/R = 2,0V/8,0 Ohm = 0,25 A

Emag = 0,5* L * I² = 0,5 * 0,65 H* (0,25A)² = 0,02 J

c) Ist es möglich, dass eine zur Spule parallel geschaltete Glimmlampe mit der Zündspannung Uz= 80V beim Öffnen des Schalters zündet und kurz aufleuchtet? (Ohne Rechnung)

Meine Antwort: Ja, es ist möglich, da durch den zusammenbrechenden Stromfluss auch das magnetische Feld der Spule einbricht, kommt es zu einem Induktionsstrom der Spule , der der Ursache seiner Entstehung, also dem zusammenbrechendem Strom entgegenwirkt. Dieser erreicht auch die Glimmlampe.

Meine Ideen:
Ich wäre sehr dankbar, wenn jmd mal kurz einen Blick darauf werfen könnte.

MfG

Cookie · Gast

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schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Cookie · Gast

Du hast natürlich Recht mit den 4V.
Danke für die Hilfe!

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Die Begründung zu c) ist nicht ganz richtig. Der Strom durch die Spule ist maximal der von Dir errechnete, also Imax=0,5A. Der wird auch nicht größer, wenn irgendwo ein Schalter geöffnet wird. Entscheidend ist, wie auch die Angabe der Zündspannung der Glimmlampe bereits suggeriert, wie groß die in der Spule induzierte maximale Spannung ist. Die hängt ab vom maximalen Strom und dem ohmschen Widerstand des "geöffneten" Kreises. Der Widerstand hängt im Wesentlichen ab vom Widerstand des Lichtbogens über den Schalterkontakten. Wenn der zusammen mit dem Spulenwiderstand 160Ohm übersteigt, leuchtet die Glimmlampe kurz auf. Wie groß der Lichtbogenwiderstand tatsächlich ist, hängt von der Schalterkonstruktion, also im Wesentlichen vom Abstand der geöffneten Kontakte ab.

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

Da die Glimmlampe den Lichtbogen aber erst aufbaut, wenn die Schwellspannung überschritten wird und darunter sehr hochohmig ist, wird eine Zündung wohl erfolgen...

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

schnudl · Moderator Anmeldungsdatum: 15.11.2005 Beiträge: 6979 Wohnort: Wien

OK, da hab ich dein Posting nicht genau genug gelesen. Wenn der Schalter früher zündet als die Glimmlampe hat man natürlich Pech...

Thumbs up!

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Der Schalterlichtbogen zündet immer früher als die Glimmlampe, denn er ist vom Beginn des Schaltvorgangs an da, da der Strom nicht unterbrochen werden kann (Strom durch die Spule kann sich nicht sprunghaft ändern). Allerdings ist der Lichtbogenwiderstand im allerersten Moment sehr klein (gegen Null) und wächst mit zunehmendem Kontaktabstand. Erreicht der Lichtbogenwiderstand im vorliegenden Beispiel mindestens 160 Ohm, wird die Glimmlampe zünden.