Magnetkran (Topfmagnet/Spule)

Aufgabe

Hansruädi war in Amerika und sah dort auf einem Schrottplatz wie ein Magnetkran ein Auto hoch hob. (Siehe Bild: 1)
An der Spitze des Krans war ein Magnet, ein sogenannter Topfmagnet (Spule) angebracht.
Hansruädi fragt sich nun, wie viel Strom so ein Kran benötigt, um ein Auto (1.5 Tonnen) zu heben.
Die Spule ist aus Kupfer und hat einen Holzkern. (Siehe: Bild 2)

Bild 1
Magnetkran
Bild 2
Magneton

a) Wie viel Strom muss nun durch die Spule (1.5km langer Draht) fliessen, damit das Auto gehoben werden kann. Eine Windung ist 2m lang.
b) Hansruädi hatte jedoch nicht genau geschaut, der echte Kran hatte nämlich einen Kern aus Eisen. Er fragt sich nun, was dies für einen Unterschied macht? (Erklärung)

An wen richtet sich diese Aufgabe? Was wird damit geübt?

Diese Aufgabe richtet sich an Schüler, die den Umgang mit den formeln üben wollen, sowie auch das Kombinieren von Elementarmetallen und Spulen. Der Aufgabenlösende soll sich damit nochmals kurz die fünf Fingerregel in Erinnerung rufen und dann einfach rechnen können.

Wie würden Sie diese Aufgabe jemandem erklären, der sie nicht lösen kann?

Alle Angaben sind gegeben. Du weisst wie lange eine Windung ist und hast die Gesamtlänge des Drahtes. Es sich um eine Spule handelt und es hat eine Kraft. In der Formelsammlung ist für $F$ eine Formel vorhanden.

Bei b) musst du dir die fünf Fingerregel nochmals durch den Kopf gehen lassen. Eisen ist was für ein Magnet und was könnte diese Fähigkeit mit einer Spule bewirken?

Was fiel Ihnen beim Aufstellen dieser Aufgabe besonders schwer?

Die Umsetztung und gestaltung in Wikidot bereitete mir besonders Mühe, da mir dieses "EDIT" neu war. Vorallem waren Darstellungen vom Subscript in diser Eckigeklammer-Dollar-Schreibweise ziemlich Kompliziert. Normale Zeichen wie µ erkennt es nicht und ein Subscript muss man mit einem Unterstrich "_" schreiben. Auf diese Methode bzw. Schreibweise bin ich dank Mathematica (Mma) gekommen. Den Unterstrich "_" verwendet man in Mma auch um ein Subscript anzulegen.
Wikipedia hat auch fast die gleiche Editorsprache und von dort habe ich die entsprechende Bezeichnung für µ in der Eckigeklammer-Dollar-Schreibweise; \mu.

Die Themenfindung war nur zum Teil schwierig, da ich eigentlich zuerst eine andere Aufgabe wollte, die ich aber nicht umsetzten konnte.
So erinnerte ich mich an einen James Bond, bei dem so ein Kran gebraucht wurde und da dachte ich mir, das könnte ich als Aufgabe umsetzten.
Das Problem bei der Aufgabe selber war, dass ich nicht wusste, wie lange so eine Kupferspule logisch sein sollte. Also "pröbelte" ich zuerst ein wenig, indem ich die ganze gleichung nach l auflöste und dann I einsetzte (100A, 200A, 300A, …). Am Schluss hatte ich einen logischen wert und nahm dann die eine Stromstärke.

Das Problem, das ich erst zu spät entdeckte, war das, dass ich die falsche Formel für $B$ genommen habe. Ich habe die Formel für den Leiter, statt für die Spule genommen.

erstellt durch GulaschBrotGulaschBrot am 1226927011|%e %b %Y, %H:%M %Z|agohover

Bemerkungen/Anregungen/Korrekturen

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