Post on 17-Sep-2018
Caren Hagner / PHYSIK 2 / Sommersemester 2015 Kapitel 4: Induktion / 1
4 Induktion
Ein veränderliches Magnetfeld
(allgemein Änderung von ΦB)
in der Spule,
induziert eine Spannung
(→ Stromfluss U=RI)
in der Spule.
Worum geht es?
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4.1 Induktionsgesetz (Faraday):
Jede Änderung des magnetischen Flusses durch eine Leiterschleife,
induziert darin eine elektrische Spannung U.
Michael Faraday:
1791-1867
Uind
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4.2 Lenzsche Regel
Beispiel:
Aluring:
Magnet bewegt sich
auf Ring zu
Bewegt sich vom Magnet weg
Dieser Aluring
(mit Schlitz!)
weicht dem Magneten
nicht aus.
Denn: Wegen des Schlitzes
können keine Wirbelströme
fliessen.
Die durch Veränderung magnetischer Flüsse erzeugten Induktionsströme
fließen derart, dass ihre eigenen Magnetfelder der Induktionsursache
entgegenwirken
oder:
Die in Leitern induzierten Ströme sind immer so gerichtet, dass sie die
Bewegung durch die sie hervorgerufen wurden zu hemmen versuchen.
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Weitere Versuche zu Induktion, Lenzscher Regel & Wirbelströmen
Thomsonscher Ringversuch Kugelrennen Waltenhofsches Pendel
(Wirbelstrombremse)
Beim Einschalten des Stromes durch
die Spule wird der Aluring nach oben
katapultiert.
Ein Ring mit Schlitz zeigt keine Wirkung.
Eine nicht magnetisierte Kugel fällt
gleich schnell durch beide Rohre.
Eine magnetisierte Kugel, erzeugt
beim Fallen durch das Kupferrohr
Wirbelströme und wird durch die
Lenzsche Regel stark gebremst.
Lässt man die magnetisierte Kugel
durch das Plastikrohr und die
unmagnetisierte Kugel durch das
Kupferrohr fallen, kommen beide
gleichzeitig an.
unmagnetisierte
Kugel
magnetisierte
Kugel
Kupferrohr Plastikrohr
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Weiteres Beispiel für Induktion, Wirbelströme und Lenzsche Regel:
Der schwebende Supraleiter
Magnet
Supraleiter
B
Magnet
Wirbelstrom
Bind
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a) Flussänderung durch Bewegung eines Leiters:
Herleitung des Faradayschen Gesetzes bei
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b) Flussänderung durch Rotation:
Herleitung des Faradayschen Gesetzes bei
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Versuch zum Wechselstromgenerator:
Hufeisenmagnet
Spule,
wird durch
Kurbel gedreht
Bei Drehung
der Kurbel, fließt Wechselstrom
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Wechselstromgenerator:
Fahrraddynamo
Rad dreht sich, -> Magnet dreht sich,
-> Magnetfeld in der Spule ändert sich,
-> Spannung wird induziert, Strom fliesst.
Wenn sich das Rad schneller dreht,
ist die Änderung des magnetischen Flusses
größer, eine größere Spannung wird induziert,
die Lampe leuchtet heller.
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Weiteres Anwendungsbeispiel: Induktionsherd
Im Kochfeld:
Spule in der
Wechselstrom (20 - 100 kHz)
Fließt, erzeugt magnetisches
Wechselfeld.
Im Topfboden werden
durch das magnetische
Wechselfeld elektrische
Wirbelströme
induziert.
Gutes Aufheizen des Topfbodens,
wenn das Topfbodenmaterial
magnetisch hart ist.
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4.3 Selbstinduktion
4.3.1 Definition
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4.3.2 Ein- und Ausschaltvorgänge in Stromkreisen mit Induktivität (R, L in Reihe)
U0
L (Spule) R
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Versuch:
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4.3.3 Energie des elektromagnetischen Feldes
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4.4 Gegeninduktion
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Der Transformator Schaltsymbol
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4.6 Der Transformator
Spule 1 Spule 2
Eisenkern (geht durch beide Spulen)
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Versuch zur Funktionsweise eines Trafos: Durchschmelzen eines Drahtes
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Trafo-Anwendung: Induktionsofen
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Induktionsofen zur Metallschmelze
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Versuch zur Funktionsweise eines Trafos:
Erzeugung hoher Spannungen (Entstehung eines wandernden Lichtbogens)
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Anwendung: Hochspannungsleitung - Umspannwerk
Übertragung elektrischer Leistung P = U·I mit Hochspannungsleitung.
Die Verluste in der Leitung sind Pverlust = R·I2.
Damit sie klein sind, sollte I klein sein, d.h. die Spannung muss möglichst hoch sein.
Deshalb baut man Hochspannungsleitungen für die Übertragung elektrischer
Leistung (typisch 110.000 V)
Transformator in Umspannwerk
Kraftwerk
P = U·I U 110kV, I klein U 230V, I groß
Überlandleitung Umspanntrafo Umspanntrafo
Haushalt