28 Lenz`sche Regel

Lenz’sche Regel 163
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Lenz’sche Regel
Ändert man den magnetischen Fluss in einer Spule durch Nähern eines Magneten,
so wird an den Spulenenden eine Spannung induziert. Werden die Leiterenden
über einen Strommesser leitend verbunden, so fließt ein Induktionsstrom, welcher
in der Spule ein Magnetfeld erzeugt. Im Folgenden soll untersucht werden, wie
das Magnetfeld des Induktionsstromes orientiert ist.
28.1
Versuch 1
Experimentelle Herleitung
Wir nähern den Südpol eines Stabmagneten, der sich auf einem Wagen befindet, einer Spule (siehe Skizze).
Anschließend wird der Stabmagnet
wieder von der Spule entfernt. Dabei
beobachten wir die Richtung des Induktionsstromes am Amperemeter.
Ergebnis: Die Richtung des Induktionsstromes hängt von der Bewegungsrichtung des Magneten ab.
Versuch 2
In den Spulenstromkreis wird nun zusätzlich eine Spannungsquelle U0 geschaltet (siehe Skizze). Dabei kann
durch entsprechenden Anschluss der
Spannungsquelle erreicht werden, dass
der Spulenstrom die gleiche Richtung
wie der Induktionsstrom in Versuch 1
bei Annäherung des Magneten hat.
Versuch 3
Der Stabmagnet wird bei geöffnetem
Schalter S in die Spule geschoben
(siehe Skizze). Anschließend wird der
Schalter geschlossen. Wir beobachten
das Verhalten des Stabmagneten.
Ergebnis: Der Wagen mit dem Stabmagneten erfährt eine abstoßende
Kraft.
164 Elektromagnetische Induktion
Folgerung: Dies ist ein Nachweis dafür, dass sich am linken Ende der Spule bei
Annäherung des Südpols des Stabmagneten ein Südpol ausbildet. Der Induktionsstrom ist so gerichtet, dass sein Magnetfeld den sich nähernden Stabmagneten
abstößt (Versuch 1). Dies ist in der Lenz’schen Regel zusammengefasst.
Lenz’sche Regel: Der Induktionsstrom ist so gerichtet, dass er die Ursache
seiner Entstehung zu hemmen versucht.
28.2
Versuch 4
Zusammenhang mit dem differenziellen Induktionsgesetz
Wir nähern der Induktionsspule einen Stabmagneten und beobachten den Strommesser im Spulenkreis.
Ergebnis: Bei Annäherung des Stabmagneten steigt die Stromstärke im Spulenstromkreis.
Erklärung: Beim Nähern des Südpols des Stabmagneten verringert sich die
magnetische Flussdichte B und somit der magnetische Fluss Φ in der Spule.
Es gilt:
dΦ
dt
i
=Φ < 0
Die dabei induzierte Spannung Uind addiert sich mit U0 zur Gesamtspannung U:
U = U0 + Uind
Da bei Annäherung des Stabmagneten der Widerstandswert R des Spulenkreises
gleich bleibt, gilt nach dem ohmschen Gesetz:
I=
U 0 + U ind
R
Aus der Zunahme der Stromstärke I erkennt man, dass U größer als U0 ist. Uind
wirkt somit in der gleichen Richtung wie die Spannung U0 und ist deshalb positiv. Dies muss in der differenziellen Form des Induktionsgesetzes durch ein Minuszeichen berücksichtigt werden.
Es gilt allgemein:
i
U ind = − N i Φ