Induktionselektrizität

Eine der weitreichendsten Endeckungen für den technologischen Aufschwung war wohl die Möglichkeit aus dem Magnetismus Elektrizität zu gewinnen. Diese Endeckung geht unter Anderen auf Michael Faraday zurück. Der letzte Abschnitt dieser ersten Sektion zeigt die wesentlichen Zusammenhänge zwischen magnetischer und elektrischer Energie.

Der Begriff Induktion

Induktion der Ruhe

Induktion der Bewegung

Wiederholung

Der Begriff Induktion

Die Induktion lässt sich mit einem kleinen Experiment nachweisen. Deim Ein- und Ausschalten der Eingangsspule schlägt das Messgerät an der Ausgangsspule jedesmal aus. Dieses Experiment stammt vom Entdecker Michael Faraday persönlich.

In seinen Aufzeichnungen hielt Faraday am 29. August 1831 fest: Die in einer Leiterschleife induzierte (Anm.: = Worterfindung des Entdeckers und steht eigentlich für "erzeugte") Spannung ist gleich der Änderung des magnetischen Flusses in der Zeit. Sie ist stets ihrer Ursache entgegengesetzt.

Unter Induktion versteht man das Erzeugen einer Wechselspannung aus Magnetismus.

Faraday war gelernter Buchbinder. Als Physiker war er Autodidakt. Er hatte sich sein Wissen also durch Selbststudium beigebracht.

Zu seinen bedeutendsten Entdeckungen gehören die elektrische Induktion, der Faradaysche Käfig, und die Proportionalität zwischen Ladungsmenge und dem abgeschiedenem Stoff in der Elektrochemie. Weniger bekannt sind seine Verdienste um den Bergbau (Sicherheitslampe) und die Verbesserungen an den englischen Leuchtfeuern.

Induktion der Ruhe

Wir erkennen im Versuch von Faraday den Transformator.

Die Ruheinduktion funktioniert deshalb, weil beim Ein- oder Ausschalten das Magnetfeld im Eisenkern auf- oder abgebaut wird. Der Ein- und Ausschaltmoment ist nur sehr kurz, deshalb entsteht ein kurzer Spannungsimpuls, der den Messgerätezeiger zappeln lässt.

Wichtig ist auch zu verstehen, dass die erzeugte Spannung eben der Ursache (also der Feldänderung) entgegenwirkt. Deshalb steht ein negatives Vorzeichen vor der induzierten Spannung.

Wenn der Strom sich nicht plötzlich, sondern allmählich ändert (z.B. bei Wechselstrom) funktioniert die Ruheinduktion hervorragend. Die induzierte Spannung U in V ist ein Produkt aus

der Windungszahl der Spule N und

der Flussänderung in der Zeit DF ^./^.Dt in V

Das Induktionsgesetz lautet:

Bildlich gesprochen: Je steiler die Flusskurve, desto höher die induzierte Spannung.

Induktion der Bewegung

Während sich beim Transformator eine Spannung indzuieren läßt, ohne dass sich etwas mechanisch bewegt (der Transformator ist deshalb eine sogenannte ruhende Maschine), kann die Flussänderung auch durch einen bewegten Magneten erzeugt werden.

Solche Generatoren arbeiten genau nach dem Induktionsgesetz. Das Bild zeigt übrigens das Prinzip des wohl ersten gebauten Gleichstromgenerators von Hyppolyte Pixii.

Induktion durch bewegte Leiter

Die Bewegung eines Magneten ändert nichts an der ursprünglichen Überlegung Faradays. Wenn sich aber nicht der Magnet sondern die Spule bewegt, dann ändert sich nicht die Feldstärke sondern die Anzahl der Feldlinien, die durch die Leiterwindungen fluten. So wird aus dem Induktionsgesetz folgende Beziehung:>/p>

Die induzierte Spannung U in V ist ein Produkt aus

der Feldlinien- oder Flussdichte B in T

der aktiven Leiterlänge ( = Länge des Leiters im Magnetfeld l in m und

der Bewegungsgeschwindkigkeit des Leiters ( der Spule) v in m/s

Die Rechte-Hand-Regel für den Generator

Auch für die Richtung der induzierten Spannung kann diese Regel herangezogen werden, man muss lediglich richtig zwischen Ursache und Wirkung unterscheiden:

Hält man die rechte Hand so, dass in die offene Handfläche die Feldlinien eintreten,
dann zeigt der abgespreizte Daumen in Richtung der Ursache ( = Bewegungsrichtung) und
die ausgestreckten Finger in Richtung der Wirkung ( = technische Stromrichtung)


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