\(\overline {EF} \) ist die Seite einer rechteckigen Spule (Windungszahl N), welche um die Achse D (zeigt in die Papierebene) in einem homogenen Magnetfeld der Flussdichte B drehbar ist. Der Strom I fließe bei E auf den Betrachter zu, bei F vom Betrachter weg (technische Stromichtung!).
a)Geben Sie in getrennten Skizzen für die beiden Anordnungen die Kräfte an, die an den Spulen ein Drehmoment erzeugen:
A: für Spulenstellungen wie in obigen Skizzen
B: für Spulestellungen, die um φ = 30° nach rechts gegenüber der Zeichnung gedreht sind.
b)Stellen Sie qualitativ das Drehmoment M1 für beide Anordnungen in Abhängigkeit vom Drehwinkel φ dar. Gehen Sie von zwei verschieden großen Messströmen I1 und I2 ( I1 < I2) bei beiden Anordnungen aus.
c)Durch den Stromfluss kommt es bei der Spule zu einem auslenkenden Drehmoment. Für eine sinnvolle Stromanzeige benötigt man noch ein rücktreibendes Moment, welches meist durch eine Spiralfeder erzeugt wird.
Zeichnen Sie in die Skizzen von Teilaufgabe b) das rücktreibende Moment MF der Rückstellfeder ein (Annahme: MF ~ φ).
d)Was lässt sich über die Sakleneinteilungen der beiden Drehspulinstrument sagen? Begründung!
a)Zu den Längenbezeichnungen beachten Sie das nebenstehende Bild.
In allen Fällen gilt Fm = N·B·I·l (1) mit N: Zahl der Windungen
A: für Spulenstellungen wie in obigen Skizzen gilt:
B: für Spulestellungen, die um φ = 30° nach rechts gegenüber der Zeichnung gedreht sind, gilt:
b)A:\[{M_I} = 2 \cdot \frac{b}{2} \cdot F \cdot \cos \,\left( \varphi \right)\]Mit (1) gilt dann\[{M_I} = b \cdot {\rm N} \cdot {\rm B} \cdot {\rm I} \cdot l \cdot cos\,\left( \varphi \right)\]Das Drehmoment wird mit dem Symbol M bezeichnet.
d)In obigen Skizzen ist I2 ungefähr doppelt so groß wie I1. Im Fall A ergibt der doppelte Strom nicht den doppelten Ausschlag wie im Fall B. Bei einem Magnetfeld wie im Fall A erhält man also keine lineare Skala des Drehspulinstruments. Im Fall B gehört zum doppelten Strom der doppelte Ausschlag → lineare Skala.
