1Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion /

4 Induktion

Ein veränderliches Magnetfeld(allgemein Änderung von ΦB)in der Spule,

Ein veränderliches Magnetfeld(allgemein Änderung von ΦB)in der Spule,

induziert eine Spannung(→ Stromfluss U=RI)in der Spule.

induziert eine Spannung(→ Stromfluss U=RI)in der Spule.

Worum geht es?

2Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion /

4.1 Induktionsgesetz (Faraday):

Jede Änderung des magnetischen Flusses durch eine Leiterschleife,induziert darin eine elektrische Spannung U.

Jede Änderung des magnetischen Flusses durch eine Leiterschleife,induziert darin eine elektrische Spannung U.

Michael Faraday:1791-1867

Uind

LR

3Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion /

4.2 Lenzsche Regel

Beispiel:

Aluring:

Magnet bewegt sichauf Ring zu

Bewegt sich vom Magnet weg

Dieser Aluring(mit Schlitz!)weicht dem Magnetennicht aus.Denn: Wegen des Schlitzeskönnen keine Wirbelströme fliessen.

Die durch Veränderung magnetischer Flüsse erzeugten Induktionsströmefließen derart, dass ihre eigenen Magnetfelder der Induktionsursacheentgegenwirken

Die durch Veränderung magnetischer Flüsse erzeugten Induktionsströmefließen derart, dass ihre eigenen Magnetfelder der Induktionsursacheentgegenwirken

oder: Die in Leitern induzierten Ströme sind immer so gerichtet, dass sie dieBewegung durch die sie hervorgerufen wurden zu hemmen versuchen.

oder: Die in Leitern induzierten Ströme sind immer so gerichtet, dass sie dieBewegung durch die sie hervorgerufen wurden zu hemmen versuchen.

4Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion /

Weitere Versuche zu Induktion, Lenzscher Regel & Wirbelströmen

Thomsonscher Ringversuch Kugelrennen Waltenhofsches Pendel(Wirbelstrombremse)

Beim Einschalten des Stromes durch die Spule wird der Aluring nach obenkatapultiert.Ein Ring mit Schlitz zeigt keine Wirkung.

Eine nicht magnetisierte Kugel fälltgleich schnell durch beide Rohre.Eine magnetisierte Kugel, erzeugtbeim Fallen durch das KupferrohrWirbelströme und wird durch dieLenzsche Regel stark gebremst.

Lässt man die magnetisierte Kugeldurch das Plastikrohr und die unmagnetisierte Kugel durch dasKupferrohr fallen, kommen beidegleichzeitig an.

unmagnetisierteKugel

magnetisierteKugel

KupferrohrPlastikrohr

5Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion /

Versuch: Induktions - Dosenöffner

6Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion /

Weiteres Beispiel für Induktion, Wirbelströme und Lenzsche Regel:Der schwebende Supraleiter

Magnet

Supraleiter

B

Magnet

Wirbelstrom

Bind

7Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion /

Weiteres schönes Beispiel für supraleitende Magnetschwebebahn ist dieses Video: http://www.ifw-dresden.de/offers/downloads/videos/Magnetschwebebahn%201.mpg

8Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion /

a) Flussänderung durch Bewegung eines Leiters:

Herleitung des Faradayschen Gesetzes bei

Ok.

9Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion /

b) Flussänderung durch Rotation: Herleitung des Faradayschen Gesetzes bei

10Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion /

Versuch zum Wechselstromgenerator:

Hufeisenmagnet

Spule,wird durchKurbel gedreht

Bei Drehungder Kurbel, fließt Wechselstrom

11Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion /

Wechselstromgenerator:Fahrraddynamo

Rad dreht sich, -> Magnet dreht sich,-> Magnetfeld in der Spule ändert sich,-> Spannung wird induziert, Strom fliesst.

Magnet

Spule

Wenn sich das Rad schneller dreht,ist die Änderung des magnetischen Flussesgrößer, eine größere Spannung wird induziert,die Lampe leuchtet heller.

12Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion /

Weiteres Anwendungsbeispiel: Induktionsherd

Im Kochfeld:Spule in der Wechselstrom (20 - 100 kHz)Fließt, erzeugt magnetischesWechselfeld.

Im Topfboden werdendurch das magnetische Wechselfeld elektrische Wirbelströmeinduziert.

Gutes Aufheizen des Topfbodens,wenn das Topfbodenmaterial magnetisch hart ist.

13Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion /

4.3 Selbstinduktion4.3.1 Definition

14Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion /

4.3.2 Ein- und Ausschaltvorgänge in Stromkreisen mit Induktivität (R, L in Reihe)

U0

L (Spule) R

15Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion /

Versuch:

16Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion /

4.3.3 Energie des elektromagnetischen Feldes

Dies wurde hier für den Ausschaltvorgang an einer Spule gezeigt.Es gilt aber ganz allgemein für beliebige Induktivitäten L

Auch dieses, hier für eine langeSpule hergeleitete Ergebnis giltallgemein für beliebige B-Felder.