4 Induktion. Worum geht es? Ein Ein veränderliches Magnetfeld (allgemein Änderung von von Φ B. induziert eine eine Spannung ( ( Stromfluss U=RI) U=RI)

Transkript

1 4 Induktion Worum geht es? Ein Ein veränderliches Magnetfeld (allgemein Änderung von von Φ B ) B ) in in der der Spule, Spule, induziert eine eine Spannung ( ( Stromfluss U=RI) U=RI) in in der der Spule. Spule. 1

2 4.1 Induktionsgesetz (Faraday): U ind Michael Faraday: Jede JedeÄnderung des des magnetischen Flusses durch durcheine eineleiterschleife, induziert darin darineine eineelektrische Spannung U. U. LR 2

3 4.2 Lenzsche Regel Die Die durch durchveränderung Veränderungmagnetischer magnetischerflüsse Flüsseerzeugten erzeugteninduktionsströme fließen fließenderart, dass dassihre ihreeigenen eigenenmagnetfelder Magnetfelderder derinduktionsursache entgegenwirken entgegenwirken oder: oder: Die Die in in Leitern Leiterninduzierten induziertenströme Strömesind sindimmer immerso so gerichtet, gerichtet, dass dasssie siedie die Bewegung Bewegungdurch durchdie die sie siehervorgerufen hervorgerufenwurden wurdenzu zuhemmen hemmenversuchen. Beispiel: Magnet bewegt sich auf Ring zu Aluring: Dieser Aluring (mit Schlitz!) weicht dem Magneten nicht aus. Denn: Wegen des Schlitzes können keine Wirbelströme fliessen. Bewegt sich vom Magnet weg 3

4 Weitere Versuche zu Induktion, Lenzscher Regel & Wirbelströmen Thomsonscher Ringversuch Kugelrennen Waltenhofsches Pendel (Wirbelstrombremse) unmagnetisierte Kugel magnetisierte Kugel Plastikrohr Kupferrohr 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. 4

5 Versuch: Induktions - Dosenöffner 5

6 Weiteres Beispiel für Induktion, Wirbelströme und Lenzsche Regel: Der schwebende Supraleiter Wirbelstrom Supraleiter B ind Magnet B Magnet 6

7 Weiteres schönes Beispiel für supraleitende Magnetschwebebahn ist dieses Video: 7

8 Herleitung des Faradayschen Gesetzes bei a) Flussänderung durch Bewegung eines Leiters: Ok. 8

9 Herleitung des Faradayschen Gesetzes bei b) Flussänderung durch Rotation: 9

10 Versuch zum Wechselstromgenerator: Bei Drehung der Kurbel, fließt Wechselstrom Hufeisenmagnet Spule, wird durch Kurbel gedreht 10

11 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 Flusses größer, eine größere Spannung wird induziert, die Lampe leuchtet heller. 11

12 Weiteres Anwendungsbeispiel: Induktionsherd Im Topfboden werden durch das magnetische Wechselfeld elektrische Wirbelströme induziert. Gutes Aufheizen des Topfbodens, wenn das Topfbodenmaterial magnetisch hart ist. Im Kochfeld: Spule in der Wechselstrom ( khz) Fließt, erzeugt magnetisches Wechselfeld. 12

13 4.3 Selbstinduktion Definition 13

14 4.3.2 Ein- und Ausschaltvorgänge in Stromkreisen mit Induktivität (R, L in Reihe) L (Spule) R U 0 14

15 Versuch: 15

16 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 lange Spule hergeleitete Ergebnis gilt allgemein für beliebige B-Felder. 16