Selbstinduktion

Selbstinduktion
Experiment: Zwei Glühlämpchen und eine Spule mit Weicheisenkern werden gemäß
folgender Schaltskizze an eine Elektrizitätsquelle, die Gleichstrom liefert, angeschlossen.
Beobachtungen:
Wird der Stromkreis geschlossen, so
leuchtet Lämpchen 2 später als
Lämpchen 1.
1
2
IInd
Spule
I
Schalter
U
Erklärung:
Beim Schließen des Stromkreises wird in der Spule ein Magnetfeld aufgebaut, das durch
den Eisenkern erheblich verstärkt wird. Dieses Magnetfeld durchsetzt die Spule und
erzeugt während seiner Zunahme von Null bis zum Maximalwert eine Induktionsspannung
in der Spule. Da diese Induktionsspannung in der felderzeugenden Spule selbst entsteht,
bezeichnet man sie als Selbstinduktionsspannung. Nach der lenzschen Regel bewirkt sie
einen Strom IInd, der dem an der Spule anliegenden Strom I (äußerer Strom)
entgegengesetzt gerichtet ist.
Deshalb wächst der Strom durch die Spule und das Lämpchen 2 nur langsam an.
Beim Ausschalten fließt der Induktionsstrom in der gleichen Richtung wie I (äußerer Strom),
da er versucht das Zusammenbrechen des Magnetfeldes zu verhindern. Deshalb fließt der
Strom durch die Spule und das Lämpchen 2 noch nach dem Ausschalten weiter. (Dies ist
aber nur sehr schwer zu beobachten!!!)
Die Grafik zeigt das Anwachsen des Stromes I beim Einschalten und sein Abklingen beim
Ausschalten in Abhängigkeit von der Zeit t.
I
t
Einschalten
Imax
Ausschalten
Anwendungen und Beispiele
1.
Öffnungsfunken
U
Beim Öffnen eines Stromkreises, in den eine
Spule mit Eisenkern geschaltet ist, kann die
Selbstinduktionsspannung wesentlich höher
als die angelegte Spannung sein – wenn die
Spule viele Windungen hat. Dann steigt die
Spannung beim Ausschalten so sehr an,
dass am Schalter ein Funken überspringt.
Dadurch kann der Schalter mit der Zeit
zerstört werden.
2.
Einschalte
Ausschalten
Glimmlampe
Experiment: Eine Glimmlampe wird parallel zu einer Spule an eine Gleichstromquelle
angeschlossen (siehe Skizze). Die angelegte Spannung reicht nicht aus, um die
Glimmlampe zu zünden. Beim Öffnen des Schalters leuchtet sie jedoch kurz auf.
+
I und Iind
I
Öffnen
Iind
I
Glimmlampe
Merke:
Bei einer Glimmlampe leuchtet immer der Minuspol!
Erklärung:
Beim Öffnen des Schalters treibt die Selbstinduktionsspannung den Strom
weiter. Die Spannung wird dabei so hoch, dass die Glimmlampe aufleuchtet.
Die Stromrichtung in der Glimmlampe kehrt sich dabei um, da die Selbstinduktionsspannung
in der Spule erzeugt wird.
3.
Drosselspule
Experiment:
Eine Spule wird mit einem Glühlämpchen in Serie an eine
Gleichstromquelle angeschlossen, dann wird auf Wechselstrom umgeschaltet.
Beobachtung:
Bei Gleichstrom leuchtet das Lämpchen, bei Wechselstrom nicht.
Erklärung:
Da der Wechselstrom ständig seine Richtung ändert (100 - mal pro Sekunde)
behindert die Selbstinduktionsspannung den Stromfluss wie ein Widerstand. Man nennt eine
Spule im Wechselstromkreis deshalb einen induktiven Widerstand oder Drosselspule.
4.
Zünden einer Leuchtstoffröhre
(Lesen Sie bitte im Buch Seite
)
t