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Induktion im bewegten Leiter Fürfolgenden Im Anschaulich Ui lässt sich gesprochen solleine mechanische Formel ist Ui Energie um ableiten: so größer, inDie elektrische Hand je mehr bewegt Energie mit umgewandelt magnetische dem Leiterstück Feldlinien werden. Elektronen Dazu pro wird die Stromquelle Zeiteinheit senkrecht zum geschnitten Magnetfeld. durch ein Voltmeterwirkt werden. Deshalb ersetzt aufund jedes der Leiter miteine Elektron der Lorentzkraft; Hand quer zusie den magnetischen werden zu einem Ende Feldlinien des bewegt: Tatsächlich Leiterstücks gedrücktwird eine 'induzierte' Spannung (elektrische Gegenkraft). Ui registriert. Elektromagnetische Induktion 1831 fand Michael Faraday, daß zeitlich veränderliche Magnetfelder in einer Leiterschleife ein elektrisches Feld und damit eine elektrische Spannung und einen Strom hervorrufen. Induktion im ruhenden Leiter Die den Für Natürlich magnetischen Effekt kann der manFeldlinien Induktion den kommt esdabei Stabmagneten wandern nur auf durch voneine außen einen relative nach Bewegung Elektromagneten innen bzw. zwischen umgekehrt ersetzen einem und- zur Magnetfelddabei Unterscheidung schneiden und von der die der Induktionsspule Leiterstücke der nennt an. InduktionsIn man jedem ihn Fall schneiden Feldspule. spule. Dabei Die istdie Relativdiebogenförmigen Feldlinien bewegung Induktionsspannung der beidendes Spulen Stabmagneten kann proportional ersetzt werden zur durch Windungszahl durch die das Leiterstücke Einder Induktionsspule und Ausschalten der Induktionsn,der zur spule. Feldspule. Querfläche A und zur Änderungsrate des Magnetfeldes in der Induktionsspule dB/dt. Allgemeines Induktionsgesetz Mit einem Eine Auf diese Induktionsspannung Weise Messgerät wird werden die Ui wird registriert, Wortbedeutung kleine Portionenfür wenn von diesich der magnetische Flussdichte 'Voltsekunden' Fluss aufsummiert, B*A durch die Induktionsspule verständlich: während eine BInduktionsspule ist der ändert. Dabei Quotient in beliebiger ist aus es egal, Weise demobindie die Änderung gelegt magnetischen Feldspule vonFluss derwird. Drehung in der Die der Spule Einheit konstante Weber oder Summe durch derist Stärke die alleine des Magnetfeldes wirksame von der Änderung Fläche herrührt. Ades der Induktionsspule magnetischen Flusses in Quadratmeter. außerhalb und innerhalb der Feldspule abhängig. Elektromagnetische Induktion Wird ein Leiter der Länge in einem Magnetfeld B bewegt, so wirkt auf die beweglichen Ladungsträger die Lorentzkraft. Durch diese Kraft werden sie bewegt und es entsteht durch die Ladungstrennung ein elektrisches Feld, bis im Gleichgewicht die Lorentzkraft durch die Coulomb-Kraft komensiert wird. U ind U ind qE q v B ds dA B B dt dt d d A B dt dt =magnet. Fluß Lenz’sche Regel, Wirbelströme Derdie In Dies Intercity kommt Formelin Express für derdas Regel ICEvon z.B. Induktionsgesetz Lenz verfügt zum auch Ausdruck. übermuss eineFür noch diese ein Minuszeichen Regel Wirbelstrombremse. gibt es eine eingefügt Reihe Dazu von werden. technischen senkt sich Dies ein Anwendungen, fordert Rahmen einmit bei einfacher denen vielen jeweils Elektromagneten Versuch, der Begriff bei dem nahe ein starker 'Wirbelströme über dieDauermagnet Schienen. verwendet Esschnell wirdwird. an einen hier nichtAluminiumring die magnetische herangefahren Eigenschaft von wird. Eisen Der genützt, Ring schwingtseine sondern an einem elektrische Faden hängend ein wenig Leitfähigkeit. Die Magnetweg zeigt damit, dass felder, die sich er selbst mit dem durch einen Induktionsstrom Rahmen entlang der Schienen zu einem abstoßenden bewegen, induzierenElektroim Eisen magneten geworden Kreisströme, die der ist. Bewegung des ICE Energie entziehen. Lenz’sche Regel Alle durch eine Änderung des magnetischen Flusses induzierten Spannungen sind stets so gerichtet, daß die von ihnen hervorgerufenen Ströme die Ursache der Induktion zu hindern versuchen. Beispiel: Beim Aufbau eines magnetischen Feldes (z.B. durch eine Spule) wird in einer geschlossenen Leiterschleife ein Strom induziert, dessen Magnetfeld dem Feld der Spule entgegen wirkt. Die Lenz’sche Regel entspricht einer Art Energiesatz, die ein Perpetuum mobile verhindert. Verhalten von Supraleitern Ein zweiter Versuch dann, dass Eine Probe eineszeigt modernen Supraleitung mehr ist, als nur das Keramik-Supraleiters wird mit Verschwinden des Ohmschen flüssigem unter wird Widerstands. Stickstoff Ein kleiner Magnet bei Zimmertemperatur auf eine seine kritische Temperatur Keramikprobe Da die Probe gekühlt. Beigelegt. Annähern eines normale Leitfähigkeit aufweist, klingt Dauermagneten wirdschnell die Probe der induzierte Kreisstrom ab dauerhaft abgestoßen. Dieses und der Magnet kann nicht schweben. Jetzt erst wirdkönnte die Probe Verhalten alszusammen mit dem Magneten unter die Induktions-Effekt gedeutet Sprungtemperatur gekühlt. Die werden. ImistSupraleiter wurden Supraleitung ein Materialzustand, der unabhängig von der Vorgeschichte Kreisströme induziert, die immer eingenommen wird. Aufgrund nach der Regel von Lenz der dieses Meißner-Ochsenfeld-Effekts Annäherung deszuDauerbeginnt der Magnet schweben. Mit magneten entgegen wirken. einem Induktionsphänomen könnte man dies nicht erklären, weil sich das Magnetfeld in der Probe nicht mehr geändert hat. Fragen zur Induktion 1. 2. 3. Eine Spule (n=3; wirksame Leiterlänge l einer Windung =3cm) pendelt mit einer maximalen Geschwindigkeit von 75cm/s senkrecht durch das homogene Feld des Hufeisenmagneten. Dabei wird eine maximale Induktionsspannung von 0,3mV gemessen. Wie groß ist die Flußdichte des Magnetfelds? Im Inneren einer zylinderförmigen Feldspule (nF=100 l=20cm) befindet sich koaxial eine zylindrische Induktionsspule mit ni=500 und einem Durchmesser von 2,0cm. Wie groß ist die Induktionsspannung in der inneren Spule, wenn in der Feldspule der Strom in 2,0s gleichmäßig von 0A auf 10A ansteigt? Eine Zylinderspule mit einem Durchmesser von 10cm befindet sich in einem zu ihrer Achse parallelen Feld eines Helmholtz-Spulenpaares (I=10A, n=1000, r=20cm). Der Spulenstrom wird in 1,0s gleichmäßig auf 0 verringert, dabei mißt man eine Induktionsspannung von 18mV. a) Wie groß ist die magnetische Flußänderung in der Induktionsspule? b) Wie groß ist die Windungszahl der Induktionsspule?
