4 Induktion
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4 Induktion Worum geht es? Ein Einveränderliches veränderlichesMagnetfeld Magnetfeld (allgemein (allgemeinÄnderung Änderungvon vonΦΦBB)) in inder derSpule, Spule, induziert induzierteine eineSpannung Spannung (→ (→Stromfluss StromflussU=RI) U=RI) in inder derSpule. Spule. Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion / 1 4.1 Induktionsgesetz (Faraday): Uind Michael Faraday: 1791-1867 Jede JedeÄnderung Änderungdes desmagnetischen magnetischenFlusses Flussesdurch durcheine eineLeiterschleife, Leiterschleife, induziert induziertdarin darineine eineelektrische elektrischeSpannung SpannungU. U. LR Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion / 2 4.2 Lenzsche Regel Die Diedurch durchVeränderung Veränderungmagnetischer magnetischerFlüsse Flüsseerzeugten erzeugtenInduktionsströme Induktionsströme fließen fließenderart, derart,dass dassihre ihreeigenen eigenenMagnetfelder Magnetfelderder derInduktionsursache Induktionsursache entgegenwirken entgegenwirken oder: oder: Die DieininLeitern Leiterninduzierten induziertenStröme Strömesind sindimmer immerso sogerichtet, gerichtet,dass dasssie siedie die Bewegung Bewegungdurch durchdie diesie siehervorgerufen hervorgerufenwurden wurdenzu zuhemmen hemmenversuchen. versuchen. 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 Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion / 3 Weitere Versuche zu Induktion, Lenzscher Regel & Wirbelströmen Kugelrennen Thomsonscher Ringversuch unmagnetisierte Kugel Plastikrohr Beim Einschalten des Stromes durch die Spule wird der Aluring nach oben katapultiert. Ein Ring mit Schlitz zeigt keine Wirkung. Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 magnetisierte Kugel Waltenhofsches Pendel (Wirbelstrombremse) Kupferrohr 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. Kapitel 4: Induktion / 4 Versuch: Induktions - Dosenöffner Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion / 5 Weiteres Beispiel für Induktion, Wirbelströme und Lenzsche Regel: Der schwebende Supraleiter Wirbelstrom Supraleiter Bind Magnet B Magnet Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion / 6 Weiteres schönes Beispiel für supraleitende Magnetschwebebahn ist dieses Video: http://www.ifw-dresden.de/offers/downloads/videos/Magnetschwebebahn%201.mpg Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion / 7 Herleitung des Faradayschen Gesetzes bei a) Flussänderung durch Bewegung eines Leiters: Ok. Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion / 8 Herleitung des Faradayschen Gesetzes bei b) Flussänderung durch Rotation: Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion / 9 Versuch zum Wechselstromgenerator: Bei Drehung der Kurbel, fließt Wechselstrom Hufeisenmagnet Spule, wird durch Kurbel gedreht Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion / 10 Wechselstromgenerator: Fahrraddynamo Rad dreht sich, -> Magnet dreht sich, -> Magnetfeld in der Spule ändert sich, -> Spannung wird induziert, Strom fliesst. et Magn Spule Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Wenn sich das Rad schneller dreht, ist die Änderung des magnetischen Flusses größer, eine größere Spannung wird induziert, die Lampe leuchtet heller. Kapitel 4: Induktion / 11 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 (20 - 100 kHz) Fließt, erzeugt magnetisches Wechselfeld. Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion / 12 4.3 Selbstinduktion 4.3.1 Definition Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion / 13 4.3.2 Ein- und Ausschaltvorgänge in Stromkreisen mit Induktivität (R, L in Reihe) L (Spule) R U0 Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion / 14 Versuch: Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion / 15 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. Caren Hagner / PHYSIK 2 / Wintersemester 2008/2009 Kapitel 4: Induktion / 16
