Versuchsprotokoll: Magnetfeld in einer Spule
Fragestellung
Wie hängen die Länge der Spule und die Stärke des Magnetfeldes zusammen? Die Zahl der Windungen und die Stromstärke sind dabei konstant.
Physikalische Grundlagen
- Um einen stromdruchfloßenen Leiter besteht ein ringförmiges Magnetfeld
- Wickelt man den Leiter zu einer Spule auf, so entsteht durch Überlagerung im Inneren der Spule ein Magnetfeld in Richtung der Spulenachse, dass bei genügender Länge der Spule weitgehend homogen ist.
- Die Magnetfeldstärke ist proportional zur Stromstärke
- Die Magnetfeldstärke ist unabhägig vom Querschnitt der Spule, sofern diese lang genug ist.
Verwendete Geräte
- Stromquelle
- Spule mit veränderlicher Länge
- 30 Windungen
- 8 cm Durchmesser
- Amperemeter
- Teslameter
- Zollstock
Aufbau
Der Sensor des Teslameter ist in der Mitte der Spule positioniert (der Länge nach und im Querschnitt).
Durchführung
Die Spule wird unter Strom gesetzt. Die Stromstärke I = 3 A wurde am Amperemeter überprüft.
Das Magnetfeld wurde bei verschiedenen Längen der Spule mit dem Teslameter gemessen. Die Länge der Spule wurde mit dem Zollstock gemessen.
Meßtabellen
Die Länge der Spule (l) wurde in Zentimetern (cm) gemessen
Das Magnetfeld (B) wurde in Millitesla (mT) gemessen
| I [A] | 3 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| l [cm] | 11 | 13 | 16 | 19 | 22 | 26 | 32 |
| B [mT] | 0,74 | 0,66 | 0,58 | 0,50 | 0,45 | 0,39 | 0,31 |
Auswertung
Die Vermutung B proportional 1/l konnte nur für höhere Längen bestätigt werden. Die Längen 11 cm bis 16cm widersprechen der Vermutung. Dies kann daran liegen, dass die magnetischen Effekte am Ende der Spule die Messungen beeinträchtigen.
Für Längen größer dem doppelten Querschnitt konnte B proportional 1/l bestätigt werden
In der Auswertungsgrafik zeigt sich ab 1/l[cm * 10-3] ein systematischer Trend, die Werte der Magnetfeldstärke sind kleiner als erwartet.