Physik FS 2011 Klasse 1b

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Übungsblatt 1

1. Nennen Sie mindestens zwei verschiedene Möglichkeiten wie Sie feststellen können, welches der Nord- und welches der Südpol eines gegebenen Stabmagneten ist.

2. Kreuzen Sie bei den folgenden Aussagen jeweils an, ob sie richtig oder falsch sind:

richtig falsch Aussage

A: � � Es gibt Stoffe, die Eisen enthalten, aber trotzdem nicht magnetisch sind.

B: � � Magnetische Nordpole wirken anziehend, Südpole abstossend.

C: � � Unmagnetisierte ferromagnetische Stoffe werden sowohl von magnetischen Südpolen als auch von magnetischen Nordpolen angezogen.

D: � � Am Nordpol eines Magneten ist die magnetische Kraft meistens grösser als am Südpol.

E: � � Die von einem Magneten auf ein Stück Eisen ausgeübte Kraft fällt linear mit der Entfernung ab; wenn also zum Beispiel der Abstand verdoppelt wird, dann wird die Kraft halbiert.

F: � � Magnetfelder können durch Feldlinien veranschaulicht werden. Diese zeigen die Richtung der Wirkung des magnetischen Feldes im Raum.

G: � � Wenn man einen Eisenstab als Kern in eine stromdurch-flossene Spule einfügt, dann wird nachher die Stärke des so gebildeten Elektromagneten kleiner sein als vorher.

3. Wenn man eine Ansammlung von Büroklammern auf einem Tisch verteilt, wieso richten sie sich dann nicht nach dem Magnetfeld der Erde in Nord-Süd-Richtung aus wie das eine Kompassnadel tut?

4. Beim Posten 3 der Magnetismus-Werkstatt haben Sie mit Hilfe von Büroklammern festgestellt, das ein Magnet zwei Pole besitzt, wo seine magnetische Wirkung am grössten ist. Dabei konnten Sie beobachten, dass der Magnet jeweils eine Büroklammer angezogen hat, diese Büroklammer dann eine nächste, welche wiederum eine weitere angezogen hat, so dass schliesslich eine ganze Kette von Büroklammern entstand.

Wie ist das zu erklären?

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5. Betrachten Sie folgende Situation: Ein Stabmagnet wird vollständig zu einem feinkörnigen Pulver zermalen. Das Pulver wird mit feinem Sand zu einer homogenen Mischung gebracht und diese dann in ein Glasröhrchen gefüllt. Verhält sich das Glasröhrchen nun wie ein Stabmagnet? Begründen Sie Ihre Antwort.

6. Sie erhalten zwei äusserlich völlig gleich aussehende Eisenstäbe, wobei Sie wissen, dass einer davon ein Magnet ist, während der andere unmagnetisiert ist. Versuchen Sie eine Möglichkeit zu finden, wie Sie ohne zusätzliche Hilfsmittel feststellen können, welcher der beiden Stäbe der Magnet ist.

7. a) Was bedeutet es anschaulich, wenn die Inklination der Magnetfeldlinien an einem Ort 90° beträgt? Wo befinden sich Orte mit ei ner Inklination von 90°?

b) Was bedeutet es, wenn an einem Ort die Deklination des Erdmagnetfeldes 180° beträgt? Wo befinden sich Orte mit einer Dekli nation von 180°? Gibt es überhaupt solche Orte?

8. a) Kann man einen Permanentmagneten auch unter Wasser gebrauchen, nützt er dort noch etwas oder funktioniert er unter Wasser nicht mehr?

b) Die „Fontana di Trevi“ in Rom ist einer der bekanntesten Brunnen der Welt. Es soll Glück bringen, wenn man eine Münze mit der linken Hand über die Rechte Schulter in den Brunnen wirft, und so kommt es, dass jedes Jahr hundertausende Personen Münzen in den Brunnen werfen. Diese müssen regelmässig von Angestellten der Stadt wieder aus dem Brunnen gefischt werden, damit er nicht komplett mit Münzen aufgefüllt wird. Könnte man einen Permanentmagneten verwenden, um das Geld aus dem Brunnen zu fischen? Würde es mit einem Elektromagneten funktionieren?

c) Funktionieren Magnete im Vakuum („leeren“ Raum), zum Beispiel im Weltraum?

9. Welche der in den untenstehenden Skizzen A, B, C zeigen einen geeigneten Aufbau für einen Kompass? Begründen Sie Ihre Antwort.

drehbarer Ring mit Gradeinteilung; aus Eisen

Magnet-nadel

drehbarer Ring mit Gradeinteilung; aus Aluminium

drehbarer Ring mit Gradeinteilung; aus Kunststoff

A �

B �

C �

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10. Welche der folgenden Faktoren können die von einem Kompass angezeigte Richtung merklich beeinflussen und warum bzw. warum nicht?

A: � dicke Glaswand

B: � dicke Bleiwand

C: � starker Permanentmagnet

D: � grosse Wasserflächen

E: � elektronische Geräte

F: � starker Wind, Sturm

G: � grössere Eisen-Konstruktionen (z. B. Fabrikhallen mit Stahl-trägern, Stahlbrücken etc.)

H: � Wasseradern

I: � Hochspannungsleitung

J: � geologische Besonderheiten

K: � Sonnenstürme 11. a) Die untenstehende Grafik zeigt ein Feldlinienbild des Magnetfeldes zweier

Permanentmagnete (graue Rechtecke). Zeichnen Sie ein, wo die Nord- und Südpole der beiden Magnete liegen. Beschreiben Sie anschaulich, welche Situation hier vorliegt.

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S N

b) In folgender Grafik fehlen sowohl die Markierungen der Magnetpole als auch die Richtungspfeile der Feldlinien. Ergänzen Sie beides. Gibt es mehr als eine mögliche Lösung? Beschreiben Sie anschaulich, welche Situation hier vorliegt.

c) Nachfolgend dargestellt ist eine Anordnung von fünf identischen, aber hinsichtlich ihrer Magnetisierungsrichtung unterschiedlich aufgestellter Permanentmagneten. (Die Magnete halten nicht von selbst so zusammen, sondern müssen zusammengehalten werden.) Zeichnen Sie die Nord- und Südpole der einzelnen Magnete ein.

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12. In dem unten durch Feldlinien dargestellten Magnetfeld wird in den Punkten A bis D je eine Kompassnadel aufgestellt. Zeichnen Sie in diesen Punkten die Kompassnadeln ein, nachdem sie sich eingependelt haben und ihre Richtung nicht mehr ändern. Benutzen Sie für die Kompassnadeln einen Pfeil wie am rechten Blattrand vorgegeben.

13. Kann man ohne die Verwendung von Eisen ein Magnetfeld erzeugen? Kreuzen

Sie die richtige Antwort an (es ist genau eine Antwort richtig):

A: � nein B: � ja C: � ja, aber nur mit Nickel- und Kobalt-Drähten D: � ja, aber nur mit Nickel-Drähten E: � ja, aber nur mit Eisen-Drähten F: � keine der obigen Aussagen ist richtig

14. Auf Schrottplätzen und Lagerplätzen verwendet man starke Magnete, um Eisenteile zu heben und zu bewegen.

a) Handelt es sich um Elektromagnete oder Permanentmagnete?

Begründen Sie Ihre Antwort.

b) Welche andere Funktion kann ein solcher Magnet auf einem Schrottplatz (neben dem Bewegen von Gegen-ständen) sonst noch

erfüllen?

A

C D

B

Kompass-nadel:

N

S

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15. Beim Posten 6 der Magnetismus-Werkstatt haben Sie festgestellt, dass eine Stahlplatte das Magnetfeld abschirmen kann. Erklären Sie anhand des Elementarmagnete-Modells, wie diese abschirmende Wirkung von ferromagnetischen Stoffen zustande kommt.

16. Freiwillige Zusatzaufgabe: Damit die Magnetisierung von Hufeisenmagneten möglichst nicht verloren geht, legt man bei der Lagerung ein Stück Eisen quer über die beiden Pole wie in nebenstehender Abbildung (teilweise) gezeigt. Erklären Sie mit Hilfe des Elementarmagnete-Modells, weshalb man das so macht.

17. Freiwillige Zusatzaufgabe: Nennen Sie mindestens zwei verschiedene Methoden, wie man Permanentmagnete entmagnetisieren kann.

18. Freiwillige Zusatzaufgabe: Argumentieren Sie möglichst überzeugend, weshalb es sich bei der Erdanziehungskraft nicht um eine magnetische Kraft handeln kann.

19. Freiwillige Zusatzaufgabe: In Verkehrsflugzeugen sind nicht nur Magnetkompasse, sondern auch Kreiselkompasse eingebaut. Weshalb? Was sind in diesem Fall die Vor- und Nachteile des Magnetkompasses?