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Die Physik ist eine wichtige Grundlage der Technik. In der Technik werden bewusst physikalische Erkenntnisse genutzt, um z. B. Geräte und Anlagen zu bauen, Informationen zu übertragen, Energie in den gewünschten Formen zu gewinnen und zum Verbraucher zu transportieren. Dabei ist oft die Natur selbst Vorbild für technische Lösungen.
Ziel technischer Entwicklungen und damit der Anwendung der Physik ist es, unser Leben sicherer und angenehmer zu machen.

Wenn sich ein elektrisch leitender Gegenstand in einem Magnetfeld bewegt oder von einem zeitlich veränderlichen Magnetfeld umschlossen ist, dann werden in ihm Ströme induziert. Handelt es sich bei dem Leiter um einen langen Draht oder eine Spule, dann ist die Richtung des induzierten Stromes eindeutig vorgegeben. In räumlichen oder flächenhaften Metallstücken unterliegt die Stromrichtung turbulenten Veränderungen. Solche Ringströme bezeichnet man als Wirbelströme. Sie werden einerseits z.B. bei Wirbelstrombremsen genutzt, führen aber andererseits bei vielen elektrischen Maschinen, z.B. Transformatoren und Generatoren, zu Energieverlusten (Wirbelstromverlusten) und müssen dort möglichst klein gehalten werden.

Die elektromagnetische Induktion ist die physikalische Grundlage für die gesamte Elektrotechnik. In Generatoren wird mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Mithilfe von Transformatoren lassen sich hohe Spannungen oder große Stromstärken erzeugen.

Mit dem Test können Sie prüfen, inwieweit Sie die grundlegenden Zusammenhänge und Gesetze der elektromagnetischen Induktion verstanden haben.  

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Multiple-Choice-Test zum Thema "Physik - Elektromagnetische Induktion".

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WISSENSTEST

* 22.09.1791 in Newington-Butts
† 25.08.1867 in Hampton Court bei London

FARADAY war ein englischer Chemiker und Physiker. Er war viele Jahre Mitglied der „Royal Society“. Bedeutende Entdeckungen machte er auf verschiedenen Gebieten der Elektrizitätslehre und der Chemie. Er entdeckte u.a. die elektromagnetische Induktion, baute Urformen eines Elektromotors und eines Generators, entdeckte Gesetze der Elektrolyse und des Magnetismus. Er führte viele physikalische und chemische Fachbegriffe und das Feldliniemodell in die Wissenschaft ein.

Der besondere Zustand des Raumes um Dauermagnete sowie um stromdurchflossene Leiter und Spulen, in dem auf andere Magnete oder Körper aus ferromagnetischen Stoffen Kräfte ausgeübt werden, wird als magnetisches Feld bezeichnet. Solche Magnetfelder können sehr unterschiedliche Formen und verschiedene Stärken haben. Magnetische Felder können wir mit unseren Sinnesorganen nicht erfassen, sie sind nur an ihren Wirkungen erkennbar. Das gilt insbesondere auch für das ständig vorhandene, relativ schwache Magnetfeld der Erde, die ein großer Dauermagnet ist.
Magnetfelder können wie andere Arten von Feldern mithilfe von Feldlinienbildern oder feldbeschreibenden Größen charakterisiert werden. Sie können auf andere Körper einwirken, können aber auch abgeschirmt werden.

Die elektromagnetischen Schwingungen in einem Schwingkreis klingen nach einmaliger Anregung relativ schnell wieder ab, weil elektromagnetische Energie durch den ohmschen Widerstand des Leitungsdrahtes in Wärme umgewandelt und dadurch dem Schwingkreis entzogen wird. Möchte man die Schwingung aufrechterhalten, dann muss man dem Schwingkreis im Takt der Eigenschwingung und in der richtigen Phase Energie zuführen. Das geschieht in Generatoren zur Erzeugung elektromagnetischer Schwingungen, häufig mithilfe einer meißnerschen Rückkopplungsschaltung.
Eine spezielle Art von Generatoren sind Tongeneratoren, mit denen elektromagnetische Schwingungen im hörbaren Bereich erzeugt werden.

Ausgangspunkt für die Entdeckung der Induktion waren Vorstellungen von der Einheit der Naturkräfte und vermutete Zusammenhänge zwischen Elektrizität und Magnetismus.
1820 bemerkte OERSTED in einem Versuch, dass eine Magnetnadel in der Nähe eines elektrischen Leiters abgelenkt wird, wenn man den Strom einschaltet. Andere Wissenschaftler, wie AMPÈRE und FARADAY, bauten die Versuche von OERSTED nach und entwickelten sie weiter. Dabei fand FARADAY 1831 die elektromagnetische Induktion.
Innerhalb von drei Monaten entwickelte er alle Grundversuche der Induktion und eine Urform eines elektrischen Generators.

Kernkraftwerke dienen der Gewinnung elektrischer Energie aus Kernenergie. Dabei erfolgt in einem Kernreaktor Kernspaltung, bei der thermische Energie freigesetzt wird. Diese thermische Energie wird über eine Energieumwandlungskette in elektrische Energie umgewandelt. Kernkraftwerke spielen heute eine wichtige Rolle bei der Elektroenergiegewinnung, sind aber umstritten. Ihr Vorteil besteht vor allem in der geringen Umweltbelastung bei normalem Betrieb. Ein Nachteil ist die Entstehung radioaktive Abfälle, die über Jahrzehnte hinweg sicher gelagert werden müssen.

In einem Wasserkraftwerk wird aus dem Primärenergieträger Wasser als Sekundärenergieträger elektrischer Strom gewonnen. Je nach Bauart unterscheidet man zwischen Laufwasserkraftwerken und Speicherkraftwerken. Spezielle Arten sind Pumpspeicherkraftwerke und Gezeitenkraftwerke.

Der Wind ist der Menschheit als Energiequelle bereits viele Jahrhunderte in Form von Windmühlen zum Mahlen von Getreide und zum Antrieb von Pumpen für die Feldbewässerung vertraut. Doch erst seit der Ölpreiskrise von 1973 ist der Wind als Energielieferant für die Stromerzeugung ins Blickfeld gerückt. Seither wird die Entwicklung von Windkraftwerken vorangetrieben, die mittels der Drehung ihrer Rotorblätter einen Generator antreiben, der elektrischen Wechselstrom produziert. Seit 1997 ist Deutschland weltweit führend in der Windenergienutzung