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Liberty
Anmeldungsdatum: 08.11.2009
Beiträge: 26
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 Liberty Verfasst am: 06. Feb 2010 15:41 Titel: Selbstinduktion: Genauer Vorgang |
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Hallo Leute,
ich wäre um eine genaue Erläuterung für das Phänomen der Selbstinduktion dankbar!
Betrachten wir beispielsweise einen Stromkreis mit Spule, parallel dazu geschaltet eine Glühlampe. Der Stromkreis kann mit einem Schalter geschlossen und unterbrochen werden.
Was passiert beim Einschalten?
Durch die nun angelegte Spannung beginnen die Ladungen im Stromkreis zu fließen. Also auch in der Spule. In der Spule entsteht aufgrund dessen ein Magnetfeld. Durch die zeitl Veränderung des Magnetfeldes wird ein elektr Feld induziert, welches nach Lenz seiner Ursache entgegen wirkt ("ein entgegengesetztes Magnetfeld erzeugt") - sprich: In die entgegengesetzte Richtung des Stromflusses wirkt. Der Stromfluss wird dadurch gehemmt.
Jedoch besteht weder das induzierte elektr Feld ewig, noch die Hemmung des Stromes. Also wie geht es dann genau weiter? Bis schließlich keine Änderung des Magnetfeldes mehr vorhanden ist, kein ind elektr Feld und keine Stromhemmung ?
Beim Ausschalten dagegen ändert sich durch die abrupte Unterbrechnung des Stromflusses das Magnetfeld abrupt (die Ladungen hören auf sich zu bewegen, Magnetfeld verschwindet). Durch die dabei zeitliche Änderung des Magnetfeldes wird kurz ein elektrisches Feld induziert, welches die Ladungen trennt und somit eine Spannung hervorruft. Durch die Spannung entsteht (bei einem parallel zur Spule geschalten Stromkreis) kurz ein Stromfluss.
Würde mich über Antworten freuen!
Danke!
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 06. Feb 2010 16:22 Titel: |
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Was genau willst Du erklärt bekommen? Die Selbstinduktion oder Deinen etwas seltsamen Stromkreis? Handelt es sich umd Gleich- oder Wechselspannung? Ist es eine ideale Spule (ohmscher Widerstand Null) oder eine reale Spule?
Eines ist jedenfalls sicher: Ob mit oder ohne Spulenwiderstand, im eingeschalteten Zustand wird die Glühlampe vom Einschaltaugenblick an immer mit gleicher Intensität leuchten, da sie unabhängig von den Vorgängen in der Spule immer an derselben Spannung(squelle) liegt. Der Spulenstrom wird, konstante Gleichspannung vorausgesetzt, bei fehlendem Widerstand der Spule linear bis unendlich ansteigen, da die Spannung an der Spule konstant und nach Maschensatz gleich der Selbstinduktionsspannung ist, bei Vorhandensein eines ohmschen Spulenwiderstandes wird der Spulenstrom nach einer e-Funktion bis zu einem Maximalwert ansteigen, der durch die anliegende Spannung und den ohmschen Widerstand der Spule bestimmt ist. In demselben Maße, wie der Strom ansteigt, wird die Spannung (Selbstinduktionspannung) an der Spule bis auf Null abklingen.
Beim Ausschalten kommt es daruf an, was Du mit Ausschalten meinst, das Trennen der Spule von der Spannungsquelle oder das Trennen der gesamten Parallelschaltung von der Spannungsquelle?
Zur Erläuterung des Vorgangs der Spannungsinduktion ist die vorgeschlagene Schaltung jedenfalls denkbar ungeeignet.
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Liberty
Anmeldungsdatum: 08.11.2009
Beiträge: 26
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| Liberty Verfasst am: 06. Feb 2010 16:37 Titel: |
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Ich selbst habe dazu zwei (leider nicht "wasserdichte") Erklärungsversuche.
Diese will ich hier noch schildern.
1) (...) Der Stromfluss wird gehemmt. Durch den gehemmten Stromfluss entsteht wiederum ein (im Vergleich zu zuvor) zeitl verändertes Magnetfeld (durch geringeren Stromfluss geringeres Magnetfeld). Diese zeitl Änderung geht mit einem induzierten elektr Feld einher. Dieses wirkt nun in Richtung des Ursprungsstromes (nach Lenz).
Dadurch und aufgrund der außen angelegten Spannung (der nun kein elektr Feld in der Spule mehr entgegengerichtet ist) nimmt der Stromfluss wieder zu.
Durch den zunehmenden Stromfluss wird erneut ein zeitl veränderl Magnetfeld erzeugt. Dieses induziert ein elektr Feld welches dem zunehmenden Magnetfeld (und damit dem zunehmendem Strom) entgegen gerichtet ist.
Dieses elektr Feld ist allerdings kleiner als zuvor. Da die Magnetfeldänderung geringer ist (geringere Stromflussänderung)
Auf diese Art und Weise würde somit das induzierte entgegen wirkende elektr Feld immer kleiner werden. Die Erklärung wäre gegeben.
An dieser Stelle stellt sich nur die Frage: Wieso ist die unten als Begründung angeführte geringere Stromflussänderung denn gegeben? Die zu einem kleinerem entgegen gesetzt gerichtetem elektr Feld führen soll?
Das führt zu meinem 2ten Erklärungsansatz.
2) (...) Der Stromfluss wird gehemmt. Nun ändert sich das Magnetfeld nicht mehr. Folglich wird kein elektr Feld induziert, die Strom hemmende Wirkung fällt weg.
Durch die außen angelegte Spannung fließt der Strom nun wieder voll. Dieser Stromanstieg ruft ein sich änderndes Magnetfeld hervor welches wieder ein dem Stromfluss entgegengesetzt gerichtetes elektr Feld induziert.
Dieses ist definitiv kleiner als das vorherige da die Stromflussänderung (und damit die Änderung des Magnetfeldes) kleiner war ( von 0 auf I(max) ; von I(gehemmt 1) auf I(max) ).
Somit würde das induzierte entgegen wirkende elektr Feld immer kleiner werden. Die Erklärung wäre gegeben.
Diese ist jedoch leider an einer anderen Stelle undicht: Wieso sollte die durch das induzierte elektrische Feld (welches dem Ursprungsstromfluss entgegen wirkt) hervorgerufene Stromhemmung (und damit Stromänderung, und damit Magnetfeldänderung) nicht genauso von einem induzierten elektrischen Feld beigleitet sein?
Das würde wieder zu Erklärungsversuch 1 führen. Und damit zu diesem Problem.
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Liberty
Anmeldungsdatum: 08.11.2009
Beiträge: 26
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| Liberty Verfasst am: 06. Feb 2010 16:48 Titel: |
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Ich möchte den Vorgang beim Einschalten in der Spule erklärt bekommen, der dazu führt, dass die Stromstärke in der Spule anfangs geringer ist, dann aber langsam genauso groß wie in der Parallelschaltung wird.
Und Du hast Recht, zu dieser Betrachtung wäre in der Beispielschaltung eine weitere (gleiche) Glühlampe hinter der Spule wichtig. (Bei idealer Spule ohne eigenen Widerstand)
Ansonsten wäre ja ein Kurzschluss gegeben, die Stromstärke wäre aufgrund der so unteschiedl Widerstände sowieso nie gleich in den beiden Schaltungen und ein Vergleich hinfällig.
Beim Ausschalten meinte ich das Trennen der gesamten Parallelschaltung von der Spannungsquelle, aber das habe ich glaube ich verstanden.
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 06. Feb 2010 20:57 Titel: |
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Wenn Du eine weitere Glühlampe parallel schaltest, ändert das nichts an dem prinzipiellen Verlauf des Spulenstromes und der Spulenspannung. Denn Du hast nur den Widerstand parallel zur Spule halbiert. Das wäre genauso, als hättest Du nur eine andere Lampe mit doppelter Leistung parallel geschaltet. Oder meinst Du, dass die zweite Lampe in Reihe zur Spule liegt? Dann kannst Du die erste Lampe parallel dazu getrost vergessen. Die hat auf die Vorgänge im Spulenzweig überhaupt keinen Einfluss. Deshalb präzisiere ich mal meine Frage: Beziehst Du Dich mit Deinen Angaben auf eine vorgegebene Schaltung (irgendeine Aufgabenstellung vom Prof./Lehrer)? Dann solltest Du die Aufgabe hier nennen. Falls Du "nur" das Induktionsgesetz erklärt haben willst, dann solltest Du Deine Fragen diesbezüglich präzisieren.
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Liberty
Anmeldungsdatum: 08.11.2009
Beiträge: 26
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| Liberty Verfasst am: 06. Feb 2010 21:25 Titel: |
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Wir haben in der Schule eine Beispielschaltung dieser Art (zweite Glühlampe in Reihe zur Spule, die weitere parallel zu beiden) betrachtet. Allerdings geht es mir nicht explizit darum sondern um den allgemeinen Vorgang. Jedoch nicht um das Induktionsgesetz, ich denke das habe ich verstanden.
Hier meine Frage:
Schließt man eine Spule in Reihe an einen Stromkreis an so sinkt die Stromstärke kurz ab, ehe sie langsam wieder auf das vorherige Niveau steigt.
Wie sind bei diesem Sachverhalt die Vorgänge? Was passiert in der Spule während die Stromstärke "langsam" ansteigt? Warum passiert das so?
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 06. Feb 2010 21:56 Titel: |
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| Liberty hat Folgendes geschrieben: | | Wir haben in der Schule eine Beispielschaltung dieser Art (zweite Glühlampe in Reihe zur Spule, die weitere parallel zu beiden) betrachtet. |
Das ist jetzt endlich klar.
Das hier dagegen nicht:
| Liberty hat Folgendes geschrieben: | | Schließt man eine Spule in Reihe an einen Stromkreis an so sinkt die Stromstärke kurz ab, ehe sie langsam wieder auf das vorherige Niveau steigt. |
An welchen Stromkreis denn? An die gerade beschriebene Schaltung? Soll also in Reihe dazu eine weitere Spule geschaltet werden? Oder ist das jetzt ein ganz neues Beispiel? Wie sieht denn jetzt der "Stromkreis" aus, an den eine Spule angeschlossen wird? Und welcher Strom sinkt kurzzeitig ab? Der durch die Spule? Das kann nicht sein, denn ein Strom durch eine Spule kann sich nicht sprunghaft ändern, und wenn sie an eine Spannungsquelle angeschlossen wird (sie soll aber nach Deinen Worten an einen Stromkreis angeschlossen werden, den ich mir nicht vorstellen kann), dann sinkt der Strom nicht, sondern er steigt von Null beginnend mehr oder weniger langsam an. Und was ist mit vorherigem Niveau gemeint? Kannst Du vielleicht mal ne Skizze machen, die die genaue Schaltung zeigt, also alles einschließlich Spannungsquelle Schalter, Spule, Widerstände (Glühlampen) und vor allem den Strom, der absinken soll?
Handelt es sich vielleicht um so eine Schaltung, bei der der Schalter geöffnet wird?
 http://www.bilder-upload.eu/thumb/3xeWlxUTl0VqANx.jpg
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Liberty
Anmeldungsdatum: 08.11.2009
Beiträge: 26
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| Liberty Verfasst am: 08. Feb 2010 18:19 Titel: |
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Entschuldige, da habe ich eben wirklich teilweise undeutlich, teilweise Quatsch geschrieben.
Also:
Schaltskizze:
______-U0-________ -Schalter-__(->I0)____
_..................................................................._
_...................................................................._
______-Glühbirne-____-Spule-_____(<-I1)__
_..................................................................._
_..................................................................._
_______-Glühbirne-_______________(<-I2)_
( __ = Leiter ; ... = nichts )
Beim Öffnen des Schalters nimmt ja innerhalb von Hundertstelsekunden die Stromstärke (I0, I1; I2) auf 0 ab. Durch die rapide Abnahme der Stromstärke nimmt das Magnetfeld in der Spule ebenso schnell ab. Die Folge ist ein induziertes elektr Feld, welches einen Strom hervorruft wessen Magnetfeld der Ursache seiner Entstehung entgegenwirkt, also einen Strom in die vorherige Stromrichtung erzeugt (und damit ein wie zuvor gerichtetes Magnetfeld). (Parallel geschaltete Glühlampe leuchtet kurzzeitig).
Beim Schließen des Schalters dagegen steigt die Stromstärke I1 im Vergleich zu I2 langsamer an.
Wie sind bei diesem Sachverhalt die Vorgänge? Was passiert in der Spule während die Stromstärke "langsam" ansteigt? Warum passiert das so?
Danke!
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 08. Feb 2010 21:23 Titel: |
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Deine Fragen
| Liberty hat Folgendes geschrieben: | | Wie sind bei diesem Sachverhalt die Vorgänge? Was passiert in der Spule während die Stromstärke "langsam" ansteigt? Warum passiert das so? |
beziehen sich also auf den Einschaltvorgang, richtig? Dabei wäre der Ausschaltvorgang viel interessanter, den Du auch nicht ganz richtig beschrieben hast. Denn beide Glühlampen leuchten noch ein bisschen länger nach dem Öffnen des Schalters, sofern sie von gleicher Bauart und Leistung sind. Aber dazu später. Zunächst zu Deinen eigentlichen Fragen:
Dreh- und Angelpunkt der ganzen Sache ist neben ohmschem Gesetz und Maschensatz das Induktionsgesetz
u = N*d(Phi)dt
Mit der Definition N*(Phi)/i = L (also N*(Phi) = L*i) wird daraus
u = L*di/dt
die Strom-/Spannungsbeziehung an einer Spule. Erste Erkenntnis: Der Strom durch eine Spule kann sich nicht sprunghaft ändern, denn das würde eine unendlich hohe Spannung erfordern, die haben wir aber gar nicht zur Verfügung. Vor dem Einschalten ist der Strom durch die Spule Null, er muss also auch im allerersten Moment nach dem Einschalten noch Null sein. Nach ohmschem Gesetz fällt bei Strom Null keine Spannung an der in Reihe liegenden Glühlampe ab, also muss nach Maschensatz die gesamte Spannung an der Spule abfallen. Das ist nun gleichzeitig die induzierte Spannung. Allerdings ist hier nicht der Strom und damit das magnetische Feld die Ursache für die Spannung, sondern die Spannnung ist die Ursache für den langsam ansteigenden Strom, denn aus u = L*di/dt folgt
Der Strom i1 steigt also langsam an, während der Strom i2 durch die parallel liegende Glühlampe spontan vom Einschaltaugenblick an leuchtet. Je größer der Strom i1 wird, desto mehr Spannung fällt an der in Reihe zur Spule liegenden Glühlampe ab, desto weniger Spannung aber auch fällt an der Spule ab, d.h. der Anstieg des Stromes erfolgt immer langsamer (rückwärst kann man das per Induktionsgestz prüfen: Der Anstieg des Stromes und damit der Anstieg des magnetischen Flusses erfolget immer langsamer, also wird die induzierte Spannung, also der Spannungabfall an der Spule immer kleiner). Das geht so lange, bis die Spannung an der Spule Null ist, die gesamte Spannung U0 also an der Glühlampe abfällt, der Strom i1 maximal ist. Man nennt das den eingeschwungenen Zustand, der wie gerade gesagt dadurch gekennzeichnet ist, dass die Spanung an der Spule Null ist. Wo soll die auch herkommen, der Strom ist ja konstant, ändert sich also nicht, di/dt = 0.
Beim Auschalten passiert Folgendes:
Da der Strom sich nicht sprunghaft ändern kann, fließt er erstmal weiter und zwar durch die Spule, die in Reihe liegende Glühlampe und auch durch die parallele Glühlampe, die jetzt schaltungstechnisch gesehen ebenfalls in Reihe liegt. Es fließt also derselbe Strom durch beide Glühlampen, durch die "parallele" Glühlampe diesmal nur in entgegengesetzter Richtung wie vor dem Schalten, was der Lampe egal ist. Sie leuchtet trotzdem, da das "Leuchten" (die Leistung) dem Quadrat des Stromes proportional ist. Da derselbe Strom durch beide Lampen fließt wie vorher (von der Richtung in Lampe 2 mal abgesehen), fällt auch an jeder Lampe im allerersten Augenblick dieselbe Spanung U0 wie vorher ab, an Lampe 2 aber in entgegengesetzter Richtung wie vorher. Nach Maschensatz muss nun die Spannung an der Spule gleich der Summe der beiden Lampenspannungen also insgesamt 2*U0 sein, und zwar gegen die Stromrichtung gerichtet (Spule wirkt als Quelle, da in ihrem magnetischen Feld Energie gespeichert ist, die jetzt mehr oder weniger langsam in den Lampen "verbraten" wird). Beide Lampen brennen also noch einen Augenblick weiter, nachdem der Schalter geöffnet wurde. Das geht allerdings nicht unendlich so weiter. Die in der Spule gespeicherte Energie ist W = L*i²/2. Wenn die Energie aber in den Lampen in eine andere Energieform umgewandelt wird (vorzugsweise in Wärme), muss der Strom nach Energieerhaltungssatz kleiner werden. Ein kleiner werdender Strom kann aber nach Strom-/Spannungsbeziehung an der Spule (Induktionsgesetz)
nur durch eine kleinere Spannung hervorgerufen werden. Beide, Spulenstrom und Spulenspannung, werden also im Laufe der Zeit kleiner bis sie schließlich auf Null abgesunken sind.
Zusammenfassend: Beim Ausschalten springt die Spannung auf den doppelten negativen Wert der ursprünglichen Quellenspannung U0. Die Spannung ist nach Induktionsgesetz immer proportional der Magnetflussänderung (wobei magnetischer Fluss immer proportional dem fließenden Strom ist). Die Magnetfluss- und damit die Stromänderung ist im Ausschaltaugenblick am größten (deshalb maximale Spulenspannung), weil bei maximalem Strom am meisten Energie pro Zeit (=Leistung) "verbraucht" wird und damit der Strom am schnellsten abnimmt. Je geringer die Stromänderung in der Folgezeit wird, desto geringer ist die induzierte Spannung. In jedem Fall müssen immer gleichzeitig erfüllt sein: Ohmsches Gesetz, Maschensatz und Induktionsgesetz.
Verkürzt kann man auch sagen, der Spulenstrom stellt sich immer so ein, dass das Induktionsgesetz erfüllt ist.
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Liberty
Anmeldungsdatum: 08.11.2009
Beiträge: 26
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| Liberty Verfasst am: 09. Feb 2010 17:28 Titel: |
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Ok, danke.
Das ist erstmal viel. Ich denke ich habe es teilweise verstanden, werde mir noch mal Gedanken machen.
Eine Frage am Rande:
| GvC hat Folgendes geschrieben: |
(...)
u = L*di/dt
die Strom-/Spannungsbeziehung an einer Spule. Erste Erkenntnis: Der Strom durch eine Spule kann sich nicht sprunghaft ändern, denn das würde eine unendlich hohe Spannung erfordern, die haben wir aber gar nicht zur Verfügung. Vor dem Einschalten ist der Strom durch die Spule Null, er muss also auch im allerersten Moment nach dem Einschalten noch Null sein. Nach ohmschem Gesetz fällt bei Strom Null keine Spannung an der in Reihe liegenden Glühlampe ab, also muss nach Maschensatz die gesamte Spannung an der Spule abfallen. Das ist nun gleichzeitig die induzierte Spannung. Allerdings ist hier nicht der Strom und damit das magnetische Feld die Ursache für die Spannung, sondern die Spannnung ist die Ursache für den langsam ansteigenden Strom, denn aus u = L*di/dt folgt
Der Strom i1 steigt also langsam an, während der Strom i2 durch die parallel liegende Glühlampe spontan vom Einschaltaugenblick an leuchtet. Je größer der Strom i1 wird, desto mehr Spannung fällt an der in Reihe zur Spule liegenden Glühlampe ab, desto weniger Spannung aber auch fällt an der Spule ab, d.h. der Anstieg des Stromes erfolgt immer langsamer (rückwärst kann man das per Induktionsgestz prüfen: Der Anstieg des Stromes und damit der Anstieg des magnetischen Flusses erfolget immer langsamer, also wird die induzierte Spannung, also der Spannungabfall an der Spule immer kleiner). Das geht so lange, bis die Spannung an der Spule Null ist, die gesamte Spannung U0 also an der Glühlampe abfällt, der Strom i1 maximal ist. Man nennt das den eingeschwungenen Zustand, der wie gerade gesagt dadurch gekennzeichnet ist, dass die Spanung an der Spule Null ist. Wo soll die auch herkommen, der Strom ist ja konstant, ändert sich also nicht, di/dt = 0.
(...)
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Wieso ist die an der Spule abfallende Spannung gleich der Induktionsspannung?
(vgl "fett markiertes")
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 09. Feb 2010 19:05 Titel: |
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| Liberty hat Folgendes geschrieben: | | Wieso ist die an der Spule abfallende Spannung gleich der Induktionsspannung? |
Das ergibt sich aus dem Maschensatz:
Summe aller Verbraucherspannungen in einer geschlossenen Masche gleich Summe aller Erzeugerspannungen.
Normalerweise werden von Elektrotechnikern nur Spannungspfeile aus dem Verbraucherzählpfeilsystem benutzt, welches sich dadurch auszeichnet, dass am Verbraucher die (Verbraucher-)Spannung in Richtung des fließenden Stromes weist, am Erzeuger gegen die Richtung des fließenden Stromes. Wenn also auch die eigentlichen Erzeugerspannungen (an den Spannungsquellen beispielsweise) durch Verbraucherspannungspfeile repräsentiert werden, lautet der Maschensatz: Summe aller (Verbraucher-)Spannungen gleich Null
Nur manchmal, insbesondere wenn das Induktionsgesetz involviert ist, benutzt man zuweilen auch einen Erzeugerspannungspfeil aus dem Erzeugerzählpfeilsystem, weil man dann besonders gut die Lenzsche Regel verdeutlichen kann. Wenn also in einer Masche sowohl Erzeuger- als auch Verbraucherspannungen vorhanden sind, wobei die Erzeugerspannungen natürlich besonders gekennzeichnet sein müssen, z.B. durch einen Index "i" (für induziert), muss der Maschensatz so lauten wie eingangs gesagt: Summe aller Verbraucherspannungen gleich Summe aller Erzeugerspannungen, wobei man beim Aufsummieren der Erzeugerspannungen natürlich denselben Umlaufsinn wählen muss wie beim Aufsummieren der Verbraucherspannungen.
Das folgende Bild zeigt eine Spule, an die eine Spannung u angelegt ist. Die Spule wirkt also als Verbraucher, es fließt ein Strom (oder beginnt zu fließen) in Richtung der anliegenden Verbraucherspannung u. Bei zeitlich veränderlichem Strom wird in der Spule ein zeitlich veränderliches Magnetfeld erzeugt, welches eine Spannung induziert. Die Spule wirkt jetzt also gleichzeitig als Erzeuger (es wird ja eine Spannung "erzeugt"). Die Spannung ist nach Lenzscher Regel so gerichet, dass sie ihrer Ursache entgegen wirkt. Ursprüngliche Ursache ist ja der Strom i. Die induzierte Spannung "will" also einen Strom antreiben, der dem fließenden Strom i entgegen gerichtet ist. Das verdeutlicht man am besten durch einen Erzeugerspannungspfeil ui. Maschensatz angewendet:
u = ui
http://www.bilder-space.de/thumb/09_02_2010/63027d-1265736707.jpg
Die induzierte Spannung muss also gleich der anliegeden Verbraucherspannung sein. es kann gar keine andere Spannung induziert werden. Dabei stellt sich der Strom so ein, dass das Induktionsgesetz erfüllt ist, also dass eine Spannung induziert wird, die von außen bereits vorgegeben ist.
Das ist übrigens auch das Grundprinzip des Transformators, was von vielen Studenten, auch von einigen Fachleuten gar nicht richtig erkannt wird, die immer meinen, der Strom sei das Entscheidende und man würde durch höhere Last den magnetischen Fluss verändern. Nein, es ist die anliegende Spannung, die den magnetischen Fluss bestimmt, dessen physikalische Ursache zwar der Strom ist, der sich aber so einstellt, dass das Induktionsgesetz erfüllt ist, bei dem die induzierte Spannung schon vorgegeben ist. Aber das ist möglicherweise schon zu weit gehend, und danach hattest Du auch gar nicht gefragt. Also vergiss' den letzten Absatz
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Fragezeichen123
Anmeldungsdatum: 18.06.2019
Beiträge: 2
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| Fragezeichen123 Verfasst am: 18. Jun 2019 20:57 Titel: Noch nicht ganz verstanden |
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Hallo,
der Forumbeitrag ist zwar fast 10 Jahre alt aber vielleicht ist ja noch jemand aktiv.
Ich hätte noch eine Frage an GvC.( verhalten beim Einschalten)
Sie schreiben: Die induzierte Spannung muss gleich der angelegten Spannung sein, aufgrund des Maschensatz.
Wie kann aber ein Strom fließen wenn die angelegte Spannung gleich der in Gegenrichtung induzierten Spannung ist. Dann ist doch die Spannungsdifferenz gleich 0 also auch kein Stromfluss ?
Ich stell mir das vor als wenn ich zwei Spannungsquellen parallel schalte.
Die erste Quelle ist die Versorgungsspannung und die zweite Quelle ist die induzierte Spannung der Spule.
Wenn diese exakt gleich hoch sind so kann kein Strom fließen.
Wo ist mein Denkfehler?
Danke
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 19. Jun 2019 02:18 Titel: |
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| Fragezeichen123 hat Folgendes geschrieben: | | Wo ist mein Denkfehler? |
Du verwechselst Verbraucherspannung (aus dem Verbraucherzählpfeilsystem) und EMK (aus dem Erzeugerzählpfeilsystem).
Eine Verbraucherspannung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie am Erzeuger gegen die Stromrichtung gerichtet ist, am Verbraucher in Stromrichtung.
Eine EMK (elektromotorische Kraft, manchmal auch Erzeugerspannung genannt) ist am Erzeuger in Stromrichtung, am Verbraucher gegen die Stromrichtung gerichtet (deshalb das Minus im Induktionsgesetz).
| Beschreibung: |
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Verbraucherspannung vs. EMK.jpg |
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ML
Anmeldungsdatum: 17.04.2013
Beiträge: 3390
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| ML Verfasst am: 19. Jun 2019 09:40 Titel: Re: Noch nicht ganz verstanden |
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Hallo,
| Fragezeichen123 hat Folgendes geschrieben: |
Die induzierte Spannung muss gleich der angelegten Spannung sein, aufgrund des Maschensatz.
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Dieser Satz ist die Ursache für Dein Verständnisproblem. Er stimmt nämlich bei Induktion nicht. Das Problem wird in diesem Video von einem ehemaligen MIT-Professor genauer beschrieben: https://www.youtube.com/watch?v=nGQbA2jwkWI
Wir schauen uns eine ruhende Leiterschleife (fette schwarze Linie) mit den Klemmen A und B an. Der Stromkreis wird komplettiert durch einen Ohmschen Widerstand R.
Entlang des Stromkreises denken wir uns, dicht an dicht am Leiterdraht platziert, zahlreiche kleine Widerstände, mit denen wir die Teilspannungen entlang des Leiterdrahtes messen können. Durch diese Widerstände fließt natürlich kein Strom, da sie durch den Leiterdraht kurzgeschlossen sind und aufgrund der Bedingung "dicht an dicht am Leiterdraht platziert" auch keine relevante Induktionsfläche zwischen Widerstand und Leiterdraht existiert. (Weshalb wir uns dermaßen unsinnige Widerstände dazudenken, verstehst Du weiter unten.)
Die vom Stromkreis aufgespannte Fläche wird von einem Magnetfeld B durchsetzt, das in die Richtung "in die Bildschirmebene hinein" als positiv angesehen wird.
Was passiert, wenn sich die Komponente des Magnetfeldes, die in die Bildschirmebene hineinzeigt, vergrößert?
Gleichzeitig mit der Vergrößerung des B-Feldes entstehen geschlossene elektrische Feldlinien (Stichwort: Elektrisches Wirbelfeld), die sich um die Feldlinien des Feldes  herum drehen. Da wir von einer ruhenden Leiterschleife ausgehen, ist dieses E-Feld die einzige stromtreibende Kraft; die Lorentzkraft fällt ja aufgrund der ruhenden Anordnung aus. Die stromtreibende Kraft ist in dem Beispiel so gerichtet, dass sie auf positive Ladungsträger eine Kraft entgegen dem Uhrzeigersinn ausübt.
Bedingt durch die Leitfähigkeit des Leiterdrahtes verursacht das zu dem Feld zugehörige E-Feld zunächst eine Ladungsverschiebung innerhalb des Leiterdrahtes. Diese Ladungsverschiebung führt dazu, dass das resultierende E-Feld im Leiterdraht näherungsweise zu null wird* und sich die beiden Enden der Leiterschleife gegeneinander aufladen (Stichwort: Überlagertes elektrisches Potentialfeld). Die induzierte Spannung konzentriert sich also gewissermaßen auf den Bereich der "Luftstrecke" bzw. der Strecke mit dem endlichen Widerstand R zwischen den Klemmen A und B.
Im Endeffekt haben wir dann die Situation, dass wir
- an den Klemmen A und B mit dem Oszilloskop eine Spannung messen können (dort existiert nämlich ein E-Feld) und
- entlang des Spulendrahtes, wiederum von A nach B gehend, keine Spannung messen können. Innerhalb des Drahtes ist das E-Feld nämlich vernachlässigbar, weshalb wir in bester Näherung  messen.
Es gibt in dieser Anordnung also kein Spannungsgleichgewicht entsprechend der Kirchhoff'schen Maschengleichung, sondern gewissermaßen das genaue Gegenteil, ein "Spannungsungleichgewicht"**, und es ist dieses Spannungsungleichgewicht, das letztlich stromtreibend wirkt.
Viele Grüße
Michael
* Ein winziges Restfeld wird benötigt, um gegen den Ohmschen Widerstand des Leiterdrahtes zu wirken. Das wollen wir hier vernachlässigen.
** Häufig liest man auch, dass der Begriff der Spannung in einem solchen Feld mit Wirbelanteil undefiniert, da nicht eindeutig, ist.
| Beschreibung: |
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| Angeschaut: |
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Fragezeichen123
Anmeldungsdatum: 18.06.2019
Beiträge: 2
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| Fragezeichen123 Verfasst am: 19. Jun 2019 21:13 Titel: |
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[quote="GvC"][quote="Fragezeichen123"] Wo ist mein Denkfehler? [/quote]
Du verwechselst Verbraucherspannung (aus dem Verbraucherzählpfeilsystem) und EMK (aus dem Erzeugerzählpfeilsystem).
Eine Verbraucherspannung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie am Erzeuger [b]gegen [/b]die Stromrichtung gerichtet ist, am Verbraucher [b]in [/b]Stromrichtung.
Eine EMK (elektromotorische Kraft, manchmal auch Erzeugerspannung genannt) ist am Erzeuger [b]in [/b]Stromrichtung, am Verbraucher [b]gegen [/b]die Stromrichtung gerichtet (deshalb das Minus im Induktionsgesetz).[/quote]
Hallo,
erstmal vielen Dank für die schnelle Antwort.
Also ich habe jetzt verstanden ( gerne korrigieren) ,dass wenn ich in einer Masche das Verbraucherpfeilsyzem mit dem Erzeugerpfeilsystem vermische das die Maschengleichung lautet: Erzeuger Spannung = Verbraucherspannung ( wobei Erzeugerspannung nicht zwingend bedeutet das es tatsächlich eine Quelle ist sondern vielmehr mit welcher Notation der Zweipol beschrieben ist).
Wenn man diese Regel anwendet kommt man mathematisch zu dem Schluss, dass die induzierte Spannung gleich der angelegten Spannung sein muss.
Trotz des mathematischen Beweises ist es für mich noch nicht " greifbar".
Der Strom der durch die Spule fließt, kommt dieser von der Spannungsquelle, also von dem Elektronenfluss der durch das elektrische Feld der Spannungsquelle erzeugt wird ? Wenn ja wie kann das funktionieren, wenn am Pluspol der Spannungsquelle ein Potenzial von bspw. 5 V anliegt und an der Spule am Eingang auch ein Potenzial von 5 V. Keine Potenzialdifferenz kein Stromfluss.?
Danke
Viele Grüße
Rudi
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