Experiment: Thomsonscher Ringversuch mit Spulen

Experiment:
Thomsonscher Ringversuch mit Spulen
Versuchsziel:
Die Induktion wird auf ein Wechselfeld unter Anwendung der
Lenz'schen Regel ausgedehnt.
Versuchsaufbau/zubehör:
230 V
Die beiden Spulen mit jeweils 500 Windungen (oder auch 250
Windungen) werden in Reihe über einen Ein-/Aus-Schalter an
230 V angeschlossen.
Die Zahl der in den beiden Spulen befindlichen Eisenkerne
kann man auf drei bis vier erhöhen.
Beim Einschalten des Stroms fliegt der Ring in die Höhe.
Schwebt er über dem Eisenkern, ist er nach einiger Zeit stark
erwärmt.
Versuchserklärung: Bei dem Thomson'schen Ring handelt es sich um eine
entartete kurzgeschlossene Spule mit der Windungszahl eins.
Gemäß der Lenz'schen Regel wird in dieser Spule eine
Spannung induziert, die der angelegten Spannung
entgegengesetzt gerichtet ist. Durch den Kurzschluss im Ring
kommt es zu einem Strom, der ein Magnetfeld aufbaut. Dieses
ist dem Magnetfeld, das von den angelegten 230 V verursacht
wird, entgegengesetzt gerichtet, der Ring wird also
abgestoßen.
Der Kurzschlussstrom ist recht groß, sodass sich der Ring
nach kurzer Zeit deutlich fühlbar erwärmt.
Verläuft der Einschaltvorgang sehr kurz (vom Schalter
abhängig), ist die Induktionsspannung sehr hoch und der Ring
kann weggeschleudert werden.
Gelingt dies nicht, bleibt der Ring anders als bei
Gleichspannung, bei der mit dem Einschaltvorgang der
Induktionsprozess abgeschlossen ist, in der Schwebe. Denn
durch die angelegte Wechselspannung von 50 Hz wird der
Induktionsprozess ständig iteriert.
Versuchsdurchführung:
Versuchsergebnis:
Anmerkung:
Auf Grund der Induktionsspannung, deren Vorzeichen nach
der Lenz'schen Regel der angelegten Spannung
entgegengesetzt gerichtet ist, kommt es zur Abstoßung des
Ringes.
Es ist reizvoll, den Schülern nach Einführung der Induktion
und der Lenz'schen Regel den Versuch vorzuführen, ohne auf
die angelegte Wechselspannung hinzuweisen.
Einige aufmerksame Schüler nehmen dies schließlich wahr
und erkennen letztlich in ihr die Ursache für das Schweben
des Ringes.
Das 50 Hz-Brummen der Spulen ist wahrnehmbar.
Es kann zweckmäßig sein, die untere Spule am Tisch
festzuklemmen.