Induktion
Induktion
© Doris Walkowiak 2010
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Spule
• Eisenkern, welcher mit Draht umwickelt wird
Bilder: wikipedia
http://www.elektronikinfo.de/strom/spulen.htm
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Induktionsgesetz
• In einer Spule wird eine Spannung induziert, solange sich das von ihr umschlossen M-Feld ändert. Applet1; Applet2
• Je schneller die Änderung des M-Feldes erfolgt, desto größer ist der Betrag der Induktiosspannung. (schnellere Bewegung, schnellere Änderung des Stromes der Feldspule) Applet
• Lenzsches Gesetz: Der Induktionsstrom ist stets so gerichtet, dass er der Ursache seiner Entstehung entgegen wirkt.
Flash
Faradays Versuch
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Induktionsspannung
• Wieso kommt es bei der Bewegung eines Leiterstückes senkrecht zu einem M-Feld zu einer Induktionsspannung?
• Ursache: Lorentzkraft auf die Elektronen• Gleichung für Induktionsspannung:
FL = FE
e*v*B = e*Ui/lUi = l*v*B
Grundversuch
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Induktionsspannung einer Spule
• B = konstant:
• A = konstant:
• Rotation einer Leiterschleife im M-Feld:
t
ABNU
i
∆
∆⋅−=
t
BANU
i
∆
∆⋅−=
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Magnetischer Fluss
• Φ = B × A ( ) [Φ] = Wb (Weber)
1 Wb = 1 Vs � 1 T = 1 Vs/m²
• Der magnetische Fluss ist das Produkt aus der magnetischen Flussdichte B und der wirksamen Windungsfläche A. Er ist ein Maß für die Anzahl der Feldlinien durch eine Fläche A.
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Allgemeines Induktionsgesetz
tNU
i
∆
∆Φ⋅−=
Momentanwert: ∆t → 0 ⇒
Änderungsgeschwindigkeit desmagnetischen Flusses
dt
dNU
i
Φ⋅−=
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Wirbelströme
• Wirbelströme entstehen, wenn sich massive elektrisch leitende Körper in einem veränderlichen M-Feld befinden oder in einem (konstanten) M-Feld bewegen.
Anwendungen:
• erwünscht: Wirbelstrombremse, Tacho, Metalldetektor
• unerwünscht: Eisenkern � Blättern
• Wirbelstrombrems
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Selbstinduktion
• In der Spule baut sich beim Einschalten ein M-Feld auf �Änderung � Induktion einer Spannung � Strom
• Dieser ist laut Lenz der Ursache seiner Entstehung entgegengerichtet � Behinderung des Aufbaus des M-Feldes � Behinderung des ursprünglichen Stromes
• � Lampe leuchtet später
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Selbstinduktion
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Selbstinduktion
• Es gilt:
Induktivität:
• Die Induktivität L einer Spule gibt an, wie stark diese einer Änderung der Stromstärke entgegenwirkt.
• [L] = H (Henry) 1 H = 1 VsA-1
• Selbstinduktionsspannung:
dt
dI
l
AN
dt
l
NId
ANU
l
NIB
dt
dBANU
rel
rel
i
reli
⋅⋅
µ⋅µ−=
⋅µ⋅µ
⋅−=⇒
⋅µ⋅µ=⋅−=
2
0
0
0
l
ANL
rel
⋅µ⋅µ=
2
0
dt
dILU
i⋅−=
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Energie des Magnetfeldes
Strom verrichtet Arbeit gegen Selbstinduktionsspannung:
= Im Magnetfeld durch Selbstinduktion gespeicherte Energie
analog zu
2IL
2
1E ⋅=
2
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vmEkin
⋅=
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Generator
• AVI; Aufbau
• Kommutator
• Fahrraddynamo
Applet
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Transformator
• Faradays Versuch
• Aufbau und Wirkungsweise
Anwendungen:
• Hochstromtrafo (Schweißen)
Folie1, Folie2
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Weitere Anwendungen
• Magnetband
• Festplatte
• Magnetschwebebahn
• Drosselspule, Zündspule
• Induktionsherd
• Weg der Elektrizität
• Kreuzworträtsel