Magnetisches Feld Klasse E

Kniff: Die vier Antworten unterscheiden sich in zwei Merkmalen: welches Feld gemeint ist und welche Form es hat. Entscheide beides getrennt — das Feld um einen stromdurchflossenen Leiter ist das magnetische, und seine Linien umringen den Draht. Nur eine Antwort hat beide Merkmale richtig.

Warum die anderen nicht stimmen:

• magnetischen Feldlinien sternförmig um den Leiter. – Das Feld ist richtig benannt, die Form nicht: sternförmig vom Leiter weg stehen elektrische Feldlinien, weil sie an Ladungen beginnen und enden.
• elektrischen Feldlinien konzentrische Kreise um den Leiter. – Die Form ist richtig beschrieben, gehört aber zum magnetischen Feld — die Ringe entstehen um den Strom, nicht um Ladungen.
• elektrischen Feldlinien parallel zu den magnetischen Feldlinien um den Leiter. – Hier ist das falsche Feld genannt und zusätzlich eine Lage behauptet, die es nicht gibt: ein paralleler Verlauf beider Feldlinienarten kommt beim Gleichstrom im gestreckten Leiter nicht vor.

Mehr dazu: Magnetfeld um den Leiter und Kerne in der Spule

Kniff: Dass ein Strom in der Wicklung ein Magnetfeld macht, ist der einfache Teil. Der eigentliche Punkt steckt im Wort „lang“: nur bei einer langen Spule laufen die Linien im Inneren so gerade, parallel und in gleichem Abstand wie gezeichnet. Gleicher Abstand heißt gleiche Feldstärke, also homogen. Erst außerhalb und an den Spulenenden fächern die Linien auf, dort ist das Feld nicht homogen.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Zentriertes magnetisches Feld – „Zentriert" ist keine Feldform. Der Ausdruck würde Linien beschreiben, die auf einen Mittelpunkt zulaufen; in der Zeichnung laufen sie gerade und parallel durch die ganze Spule.
• Konzentrisches magnetisches Feld – Konzentrische Ringe bilden das Feld um einen einzelnen geraden Draht. Die Spule besteht aus solchen Drähten, aber in ihrem Inneren addieren sich die Ringe aller Windungen zu geraden, parallelen Linien längs der Achse — genau das ist gezeichnet.
• Homogenes elektrisches Feld – Homogen stimmt, die Feldart nicht. Ein elektrisches Feld gehört zwischen die Platten eines Kondensators; ein Gleichstrom durch eine Wicklung erzeugt ein Magnetfeld.

Lösungsweg:

1. Mittlerer Umfang: l = π · d = π · 0,026 m = 0,0817 m
2. Durchflutung: N · I = 6 · 2,5 A = 15 A
3. H = 15 A / 0,0817 m = 183,6 A/m

Kniff: In H = N · I / l steht unten nicht der Durchmesser, sondern die Länge des Weges, den die Feldlinien im Kern zurücklegen. Beim Ring ist dieser Weg ein voller Kreis, also der mittlere Umfang l = π · d. Das π wird am häufigsten vergessen. Zweite Falle: 2,6 cm sind 0,026 m — die Umrechnung muss vor dem Teilen passieren. Die sechs Windungen zählen einfach als Faktor 6, ihre Lage rund um den Kern spielt keine Rolle.

Warum die anderen nicht stimmen:

• 5769 A/m – Zwei Fehler zusammen: statt durch den Umfang wird durch den Durchmesser geteilt (π fehlt), und die 2,6 cm werden als 2,6 mm angesetzt — 15 A / 0,0026 m = 5769 A/m.
• 5,769 A/m – Dieselbe Rechnung ohne jede Umrechnung: 15 A / 2,6 = 5,769. Hier fehlt das π und dazu bleiben die Zentimeter stehen.
• 1,836 A/m – Formel richtig, Einheit falsch: 2,6 wurde als Meter eingesetzt. 15 A / (π · 2,6 m) = 1,836 A/m — genau der Faktor 100 zu klein, weil Zentimeter nicht in Meter umgerechnet wurden.

Kniff: Gefragt ist eine magnetische Werkstoffeigenschaft, nicht die Leitfähigkeit — drei der vier Stoffe sind gute Stromleiter und trotzdem keine Feldverstärker. Prüfe deshalb nicht, welches Metall du in Spulen und Leitungen findest, sondern welches sich magnetisieren lässt.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Kupfer – Kupfer leitet den Strom hervorragend, ist aber nicht ferromagnetisch; gut Strom leiten und gut das Magnetfeld führen sind zwei verschiedene Eigenschaften.
• Chrom – Chrom gehört zu den nicht ferromagnetischen Metallen. Dass es hart ist und metallisch glänzt, sagt über das Magnetfeld nichts.
• Aluminium – Aluminium ist nicht ferromagnetisch und verstärkt deshalb kein Feld — als Spulenkern wirkt es bei Hochfrequenz sogar in die entgegengesetzte Richtung.

Mehr dazu: Magnetfeld um den Leiter und Kerne in der Spule

Kniff: Die gesuchte Antwort begründet die kleinere Induktivität damit, dass das hochfrequente Feld nicht in den Kern eindringt und der Feldquerschnitt dadurch kleiner wird. Prüfe die übrigen an zwei Wörtern: verstärken gehört zu ferromagnetischen Stoffen, verdrängen zu gut leitenden.

Warum die anderen nicht stimmen:

• Kupfer und Aluminium sind ferromagnetisch und schwächen das Feld ab. – Beide Hälften sind falsch: die zwei Metalle sind nicht ferromagnetisch, und ferromagnetisch würde das Feld verstärken statt abschwächen.
• Das leitfähige Metall schließt das Feld kurz, sodass es im Inneren der Spule verschwindet. – Ein Magnetfeld lässt sich nicht kurzschließen und verschwindet auch nicht; es wird aus dem Kern verdrängt und weicht aus.
• Kupfer und Aluminium sind nicht magnetisch und haben keinen Einfluss auf das Feld. – Der erste Teil trifft zu, der Schluss nicht: das Feld wird zwar nicht verstärkt, aber sein Querschnitt wird kleiner, und damit sinkt die Induktivität.

Mehr dazu: Magnetfeld um den Leiter und Kerne in der Spule

Kniff: Die markierte Linie ist ein geschlossener Ring, der den Antennenstab umfasst und nirgends endet. Das ist das Erkennungszeichen des magnetischen Feldes: es wickelt sich um den Strom und hat keine Quelle und kein Ziel. Die durchgezogenen Bögen dagegen beginnen an der Antennenspitze und enden auf der Erde, sie gehören zum elektrischen Feld. Wichtig ist hier nur die eine Beobachtung, auf welche Linienart X zeigt — mit demselben Bild und X an der durchgezogenen Linie lautet die richtige Antwort genau umgekehrt (EB105).

Warum die anderen nicht stimmen:

• Elektrische Feldlinien – Die laufen im Bild durchgezogen von der Stabspitze im Bogen nach außen und enden auf der Erde. X zeigt aber auf eine gestrichelte Ellipse, die den Stab umringt.
• Vertikale Feldlinien – Eine Richtungsangabe, keine Feldart — und sie passt nicht: die markierten Ringe liegen waagerecht um den Stab. Senkrecht verlaufen im Bild die durchgezogenen Linien.
• Offene Feldlinien – Doppelt daneben. Magnetische Feldlinien sind grundsätzlich geschlossen, und der markierte Ring ist im Bild sichtbar geschlossen. „Offen", also an Ladungen endend, sind nur die elektrischen Linien.