Strom durch Bewegung
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- Linus Biermann
- vor 5 Jahren
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1 5 Induktion 1
2 Strom durch ewegung Stromimpuls ei ewegung des Stabmagneten wird eine Spannung erzeugt kein Stromimpuls Ohne ewegung des Stabmagneten wird keine Spannung erzeugt Stromimpuls ei ewegung des Stabmagneten wird eine Spannung erzeugt
3 Strom durch Änderung Stärke des Magnetfeldes Magnet in Richtung Spule Magnetfeld einer Spule in Richtung Spule An- und Abschalten eines Stromes nabhängig davon, wie man das Magnetfeld erzeugt, misst man mit dem Messgerät nur eine Spannung, wenn sich eine Änderung im Magnetfeld ergibt 3
4 Induktion Magnetfeld Spannungsmessgerät Michael Faraday ( ) Leiterschleife Fläche der Leiterschleife Aaxb Messgerät zeigt eine Spannung/ Strom an 1) wenn die Schleife gedreht wird (Winkel zwischen Feld und Fläche ändert sich) ) wenn die Schleife aus dem Feld gezogen wird (die vom Feld durchsetzte Fläche ändert sich) 3) wenn sich der etrag des Magnetfeldes ändert rsache ist die Änderung im magnetischen Fluss Φ r da r A Φ e E r da r A vergleiche auch Elektrischer Fluss 4
5 Induktion Leiterschleife Vom magnetischen Feld durchsetzte Fläche verringert sich Stärke des Magnetfeldes wird reduziert Faradaysches Gesetz Größe der uzierten Spannung proportional der zeitlichen Änderung des magnetischen Flusses ΔΦ Δt Vorzeichen? 5
6 Lenzsche Regel y 1 l r F Änderung der Fläche pro Zeiteinheit ewegung der Kontaktschiene da ~ dx l l dφ v > 0 l v > 0 x Lenzsche Regel Proportionalitätskonstante hat den Wert -1 Heinrich Lenz ( ) Faradaysches Induktionsgesetz dφ dφ N eine Leiterschleife N Leiterschleifen Die in einem Induktionsvorgang verursachten Änderungen rufen Spannungen, Ströme und Kräfte hervor, die stets so gerichtet s, dass sie die Änderungen zu hemmen oder ihre Auswirkungen zu verringern suchen 6
7 Analyse Eingesetzt in das Induktionsgesetz dφ d r r da d cosφ da φ ist Winkel zwischen der Flächennormalen der Fläche A, durch die der sich ändernde magnetische Fluss Φ tritt und der die Richtung von hat Induktionsspannungen können erzeugt werden, 1) durch zeitliche Änderung etrags der magnetische Flussdichte z.. zeitliche Änderung des das Magnetfeld erzeugenden Stromes ) durch zeitliche Änderung der Größe der Fläche der vom magnetischen durchsetzen Fläche z.. ewegung eines Leiters relativ zum Magnetfeld 3) durch zeitliche Änderung des Winkels α zwischen Flächennormale und Feldrichtung z.. Drehung einer Leiterschleife im Magnetfeld 7
8 l v p, up and away A380 bewegt sich im Erdmagnetfeld Ist das gefährlich? Gesucht Potentialdifferenz zwischen den Spitzen der Tragflügel Typische Reisegeschwigkeit im Flugzeug 900 km/h v A380 l A380 m 80 s 80 m A380 v A380 5 ( 5 10 T)( 80 m) l V m s Das reicht noch nicht mal um einen Walkman zu betreiben 8
9 Generatoren I A 0.1m max N 10 Wungen, 0.5 T, 50 Hz -1 ω πf 314 s NAω 1 ( 10)( 0.1m )( 0.5T)( 314s ) R max max 157 V 157 V 5 Ω eispiel 31.4 A Transformatorprinzip zeitlich veränderliche Magnetfelder erzeugen Induktionsspannungen Generatorprinzip ewegung von Leitern in zeitlich konstanten Magnetfeldern erzeugen Induktionsspannung Leiterschleife senkrecht zu Leiterschleife parallel zu Φ maximal max AcosΘ minimal Θ ωt Φ Acosωt dφ N d NA NAω sinωt min ωt 90 ωt 70 NAω ωt 0 ωt ( cosωt) 9
10 Richtungswechsel Statische Situation Dynamische Situation cw: clockwise - im hrzeigersinn ccw: counter clockwise gegen den hrzeigersinn 10
11 Gegenuktivität einer Spule Effektivität der Kopplung zwischen zwei Spulen Änderung des Stromes in Spule #1 erzeugt Strom in Spule # Spannung erzeugt durch Strom I 1 1 M c M 1 1 ΔI Δt 1 ΔI Δt Spannung 1 erzeugt durch Strom I es gilt, ohne eweis M 1 M 1 Gegenuktivität Vs A [ M ] [ Ωs] [ H] SI Einheit Henry [H] 11
12 Pick-up hohe Frequenzen niedrigere Frequenzen Mechanische Schwingungsenergie wird in oszillierende Spannung umgewandelt Sound der Gitarre Wahl der Position des Pick-up Oszillation der Gitarrenseite ändert den magnetischen Fluss Parameter Anzahl der Wungen Stärke des Magnetfeldes Abstand zur Seite 1
13 Induktivität eines Leiters Selbstwechselwirkung Jeder Leiter ist von einem Magnetfeld umgeben Magnetischer Fluss ist der Stromstärke im Leiter proportional Induktivität einer Spule -Feld im Innern einer Spule ΔΦ Δ A const ( A) A( Δ) N n l μ0ni μ0ni l μ0na ΔΦ ΔI l NΔΦ N μ0na L ΔI ΔI ΔI l μ0an L l Induktivität im Vakuum nur durch seine Geometrie bestimmt! ΔI L Δt Selbstuktivität Spule mit N Wicklungen Faraday-Gesetz ΔΦ N Δt ΔI L Δt L ΔΦ N Δt Änderung des Flusses bei Änderung des Stroms ΔΦ N ΔI Wie effektiv kann ein Strom eine Flussänderung erzeugen 13
14 Selbstuktivität Eigenschaften Joseph Joseph Henry ( ) Selbstuktivität L µ 0 Selbstuktivität oder Induktivität der Spule hängt nur von der Geometrie der Spule ab Länge, Querschnittsfläche und Wungszahl N l A SI Einheit der Selbstuktivität Henry [H] Vs Am m² m Vs A [ L] [ H] eispiel Spule 50 Wicklungen Durchmesser 5 cm πd A 4 Länge 10 cm 3 Vs ( m² ) ( 50) Henry ist eine große Einheit 7 L 4π 10 Am L m² 0.1m H 61.7 µh 14
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