Aufgaben: Hall-Sonde und Leiterschaukel
Ein gerader Leiter der Länge $\ell = 8,0\ \text{cm}$ hängt als Leiterschaukel senkrecht zu einem homogenen Magnetfeld. Bei Stromstärke $I = 4,0\ \text{A}$ wirkt die…
Ein gerader Leiter der Länge $\ell = 8,0\ \text{cm}$ hängt als Leiterschaukel senkrecht zu einem homogenen Magnetfeld. Bei Stromstärke $I = 4,0\ \text{A}$ wirkt die Kraft $F = 0,020\ \text{N}$.
- a) Berechnen Sie $B = \frac{F}{I\ell}$.
- b) Geben Sie an, wie die Richtung der Kraft bestimmt wird (Drei-Finger-Regel).
Eine Hall-Sonde zeigt in einem Magnetfeld die Hallspannung $U_H = 2,4\ \text{mV}$. Die Sonde ist so kalibriert, dass $1,0\ \text{mV}$ einer Flussdichte von…
Eine Hall-Sonde zeigt in einem Magnetfeld die Hallspannung $U_H = 2,4\ \text{mV}$. Die Sonde ist so kalibriert, dass $1,0\ \text{mV}$ einer Flussdichte von $25\ \text{mT}$ entspricht.
- a) Berechnen Sie die Flussdichte.
- b) Erklären Sie, warum die Sonde senkrecht zu den Feldlinien ausgerichtet werden muss.
Erklären Sie das Entstehen der Hallspannung in einem stromdurchflossenen Plättchen im Magnetfeld. Gehen Sie ein auf: a) die Ablenkung der Ladungsträger, b) das…
Erklären Sie das Entstehen der Hallspannung in einem stromdurchflossenen Plättchen im Magnetfeld. Gehen Sie ein auf:
- a) die Ablenkung der Ladungsträger,
- b) das Gleichgewicht zwischen elektrischer Kraft und Lorentzkraft.
Bei einer Leiterschaukel (Länge des Leiterstücks im Feld $\ell = 5,0\ \text{cm}$) wird die Stromstärke schrittweise erhöht und die Kraft mit einem Newtonmeter gemessen:…
Bei einer Leiterschaukel (Länge des Leiterstücks im Feld $\ell = 5,0\ \text{cm}$) wird die Stromstärke schrittweise erhöht und die Kraft mit einem Newtonmeter gemessen:
| $I$ in A | 1,0 | 2,0 | 3,0 | 4,0 |
|---|---|---|---|---|
| $F$ in mN | 4,1 | 8,0 | 12,2 | 15,9 |
- a) Zeichnen Sie das $F$-$I$-Diagramm in Gedanken und berechnen Sie die Steigung.
- b) Bestimmen Sie daraus $B$.
- c) Begründen Sie, warum mehrere Messwerte genauer sind als ein einzelner.
Eine Leiterschaukel mit Leiterlänge im Feld $\ell = 6,0\ \text{cm}$ und Masse $m = 2,5\ \text{g}$ wird bei $I = 3,0\ \text{A}$ um den Winkel $\alpha = 12°$ aus der…
Eine Leiterschaukel mit Leiterlänge im Feld $\ell = 6,0\ \text{cm}$ und Masse $m = 2,5\ \text{g}$ wird bei $I = 3,0\ \text{A}$ um den Winkel $\alpha = 12°$ aus der Senkrechten ausgelenkt. $g = 9,81\ \frac{\text{m}}{\text{s}^2}$.
- a) Zeigen Sie, dass $F = m g \tan\alpha$ gilt.
- b) Berechnen Sie $B$.
Ein Hall-Plättchen der Dicke $d = 0,10\ \text{mm}$ wird vom Strom $I = 20\ \text{mA}$ durchflossen. Die Hallspannung beträgt $U_H = 1,5\ \text{mV}$ bei…
Ein Hall-Plättchen der Dicke $d = 0,10\ \text{mm}$ wird vom Strom $I = 20\ \text{mA}$ durchflossen. Die Hallspannung beträgt $U_H = 1,5\ \text{mV}$ bei $B = 0,30\ \text{T}$. Es gilt $U_H = R_H \frac{I B}{d}$.
- a) Berechnen Sie die Hallkonstante $R_H$.
- b) Berechnen Sie $B$, wenn bei gleichem Strom $U_H = 0,60\ \text{mV}$ gemessen wird.
Die Hallspannung eines Plättchens (Breite $b = 5,0\ \text{mm}$, Dicke $d = 0,20\ \text{mm}$) lautet $U_H = \frac{I B}{n e d}$ mit der Ladungsträgerdichte $n$. a) Leiten…
Die Hallspannung eines Plättchens (Breite $b = 5,0\ \text{mm}$, Dicke $d = 0,20\ \text{mm}$) lautet $U_H = \frac{I B}{n e d}$ mit der Ladungsträgerdichte $n$.
- a) Leiten Sie die Formel aus dem Kräftegleichgewicht $e E_H = e v B$ und $I = n e v b d$ her.
- b) Bei $I = 10\ \text{mA}$ und $B = 0,50\ \text{T}$ wird $U_H = 2,5\ \mu\text{V}$ gemessen. Berechnen Sie $n$.
- c) Begründen Sie, warum Halbleiter für Hall-Sonden besser geeignet sind als Metalle.
Zwei Studierende bestimmen das Feld zwischen den Polschuhen eines Hufeisenmagneten. Messung A mit Leiterschaukel liefert $B = 85\ \text{mT}$; Messung B mit Hall-Sonde…
Zwei Studierende bestimmen das Feld zwischen den Polschuhen eines Hufeisenmagneten. Messung A mit Leiterschaukel liefert $B = 85\ \text{mT}$; Messung B mit Hall-Sonde $B = 92\ \text{mT}$. Der Leiter ragt $\ell = 4,0\ \text{cm}$ ins Feld, aber das Feld ist an den Rändern inhomogen.
- a) Erklären Sie, wie die Inhomogenität die Messung A verfälscht.
- b) Beurteilen Sie, welche Methode die lokale Feldstärke besser erfasst, und begründen Sie.
- c) Schlagen Sie eine Verbesserung für Messung A vor.
Eine Leiterschaukel (Masse $m = 3,0\ \text{g}$, Länge im Feld $\ell = 7,0\ \text{cm}$) wird am Faden der Länge $L = 25\ \text{cm}$ in einem Feld $B = 60\ \text{mT}$…
Eine Leiterschaukel (Masse $m = 3,0\ \text{g}$, Länge im Feld $\ell = 7,0\ \text{cm}$) wird am Faden der Länge $L = 25\ \text{cm}$ in einem Feld $B = 60\ \text{mT}$ betrieben.
- a) Berechnen Sie die Stromstärke, bei der der Auslenkwinkel $15°$ beträgt.
- b) Berechnen Sie die Arbeit der magnetischen Kraft (konstante Horizontalkraft) bei dieser Auslenkung und vergleichen Sie sie mit der Zunahme der Lageenergie.
- c) Erläutern Sie, warum beide Werte nicht übereinstimmen, wenn die Schaukel aus der Ruhe losgelassen wird.