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Ricky
Anmeldungsdatum: 16.01.2009
Beiträge: 1000
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 Ricky Verfasst am: 01. Mai 2012 12:44 Titel: Induktionsspannung bei offener Leiterschleife im Magnetfeld |
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Hallo zusammen,
ich hätte da mal eine Frage. Und zwar folgende:
Die Induktionsspannung beträgt ja 0, wenn eine geschlossene Leiterschleife sich komplett im Magnetfeld befindet. Erst, wenn mindestens ein Leiterteil (welches zur Induktionsspannung beiträgt), herausgezogen wird, kann demnach eine Spannung gemessen werden.
Nun wollte ich mal fragen, wie das ganze bei einer offenen Leiterschleife aussieht. Also praktisch , wie auf dem Bild , das ich angehängt habe. Ist dort auch zum Ausgangszeitpunkt die Spannung 0 ?
Und ist demnach dort auch erst eine Spannung messbar, wenn das erste relevante Teil (also das ganz rechte), das Magnetfeld verlassen hat?
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 01. Mai 2012 13:15 Titel: |
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In der dargestellten Anordnung wird eine Spannung induziert, die allerdings nur messbar ist, wenn sich das am linken Ende angeschlossene Voltmeter außerhalb des Magnetfeldes befindet. Es kommt also in diesem Zusammenhang weniger auf die rechte Begrenzung des Magnetfeldes als vielmehr auf die linke. Wenn sich der rechte Teil der Leiterschleife außerhalb des Magnetfeldes befindet und an der linken Seite kein Spannungsmesser angeschlossen ist, wird auch keine Spannung induziert. Ist dagegen ein Spannungsmesser angechlossen , wird nur dann eine Spannung induziert, wenn sich das Messgerät mit der Leiterschleife durch das Magnetfeld bewegt. Befindet sich das Messgerät aber außerhalb des Magnetfeldes (und auch die rechte Seite der Leiterschleife außerhalb des Magnetfeldes), wird keine Spannung induziert.
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D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
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Ricky
Anmeldungsdatum: 16.01.2009
Beiträge: 1000
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| Ricky Verfasst am: 01. Mai 2012 20:08 Titel: |
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Also wird in diesem Falle (wie auf dem Bild) sofort eine Spannung induziert, trotzdem die Leiterschleife sich in diesem Zustand komplett im Magnetfeld befindet...?
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D2
Anmeldungsdatum: 10.01.2012
Beiträge: 1723
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| D2 Verfasst am: 01. Mai 2012 22:12 Titel: |
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Wenn das Magnetfeld homogen ist, dann wird keine Spannung induziert.
Keine Regel ohne Ausnahme. Wenn man Schleifkontakte verwendet, dann kann man
Spannung erzeugen ohne relative Bewegung zum Magneten.
Wenn dich interessiert, lese über Unipolarinduktor nach.
Aber Vorsicht, die Seite hat schöne Bilder aber keine wissenschaftliche Erklärung.
http://www.mahag.com/srt/unipol.php
Das Bild habe ich aus Feynmans Vorlesungen über Physik, Band II Elektromagnetismus und Struktur der Materie.
Und man kann Spannung erzeugen, wenn sich Voltmeter mit im Magnetfeld befindet, wenn man eine
Elektronenkanone zur Hilfe nimmt.
http://www.physikerboard.de/htopic,27158,strom+erzeugen.html
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Ricky
Anmeldungsdatum: 16.01.2009
Beiträge: 1000
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| Ricky Verfasst am: 02. Mai 2012 10:52 Titel: |
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Also irgendwie habe ich das immer noch nicht so ganz begriffen. Für mich stand immer fest, dass keine Spannung induziert wird, wenn sich die Leiterschleife komplett im Magnetfeld befindet...wieso ist das hier plötzlich anders...?
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Leonardo vom Winde
Anmeldungsdatum: 24.02.2011
Beiträge: 237
Wohnort: Dritter Planet
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| Leonardo vom Winde Verfasst am: 02. Mai 2012 11:59 Titel: |
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Moin,
die Voraussetzung für die Induktion ist die Veränderung des Magnetfeldes in der Leiterschleife. Es spielt keine Rolle ob die Schleife geschlossen ist oder offen. Und es gibt meines Wissens nach keine Ausnahme.
In dem D2-Experiment bilden sich in der drehenden Scheibe Wirbelströme die sich im Magnetfeld bewegen und so die Induktionsspannung erzeugen.
Grüße Leo
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Ich weiß genau was Raum und Zeit ist, aber wenn ich es erklären soll weiß ich es nicht mehr |
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GvC
Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861
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| GvC Verfasst am: 02. Mai 2012 14:25 Titel: |
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| Leonardo vom Winde hat Folgendes geschrieben: | Moin,
die Voraussetzung für die Induktion ist die Veränderung des Magnetfeldes in der Leiterschleife. Es spielt keine Rolle ob die Schleife geschlossen ist oder offen. Und es gibt meines Wissens nach keine Ausnahme. |
Im Prinzip ist das richtig, häufig aber versagen die Interpretationskünste bei speziellen Szenarien. Hilfreich ist in solchen Fällen die Besinnung auf das Bewegungsinduktionsgesetz
\, d\vec{s})
Angewendet auf das von Ricky vorgestellte Szenario vereinfacht sich die Gleichung zu
wobei l die Ausdehnung der Leiterschleife senkrecht zur Bewegungsrichtung ist. Kurz ausgedrückt: In den Leiterstücken, die bei der Leiterbewegung die Magnetfeldlinien senkrecht schneiden, wird die in der zweiten Gleichung genannte Spannung induziert. Ricky's hauptsächliche Frage bezog sich aber auf die Messbarkeit. Will man die Spannung messen, so muss ein Messegrät angeschlossen werden. Mit dem Anschluss des Messgerätes wird die Leiterschleife aber geschlossen. Nun kommt es darauf an, ob das Messgerät die Leiterschleife außerhalb des Magnetfeldes schließt, die zunächst offene Leiterschleife also lang genug ist, dass sich das Messgerät zumindest eine zeitlang außerhalb des Magnetfeldes befindet. Solange das der Fall ist, ist die induzierte Spannung messbar. Sobald das Messgerät aber in das Magnetfeld gerät oder wenn das Magnetfeld von Vornherein unendlich ausgedehnt ist, wird in der durch das Messgerät geschlossenen Leiterschleife keine Spannung induziert.
Begründung ist, wie erwähnt, die fehlende Änderung des magnetischen Flusses in der Leiterschleife. Eine Begründung liefert aber auch das Bewegungsinduktionsgesetz. Am vorderen Ende der Leiterschleife wird laut Bewegungsinduktionsgesetz in den in der Skizze senkrecht liegenden Teilen eine Spannung von unten nach oben induziert, am hinteren Ende jedoch auch dieselbe Spannung von unten nach oben, sofern sich das Messgerät mit der Leiterschleife durch das Magnetfeld bewegt. Laut Maschensatz ist die gesamte induzierte Spannung dann Null.
In dem von Ricky vorgestellten Szenario wird also durchaus eine Spannung induziert, sie ist aber nur unter bestimmten Voraussetzungen messbar, wie in meinem ersten Beitrag bereits dargelegt.
Im Übrigen ist das Bewegungsinduktionsgesetz auch hervorragend geeignet, die in der von D2 in die Diskussion gebrachten Unipolarmaschine induzierte Spannung zu bestimmen. Dort wird nämlich auch eine Spannung induziert, wenn die massive Kupfer- oder Aluscheibe von einem homogenen Magnetfeld durchsetzt wird. Das hat nichts mit Wirbelströmen zu tun, sondern mit dem Bewegungsinduktionsgesetz, nach welchem die zwischen "Nabe" und "Felge" induzierte Spannung
beträgt (mit n=Drehzahl der Scheibe, R=Radius der Scheibe), die man durch Schleifkontakte auf Nabe und Felge nicht nur messen, sondern auch "nutzen" kann.
Dazu braucht man sich die Scheibe zunächst nur als Speichenrad vorzustellen, wo in jeder Speiche dieselbe Spannung induziert wird und, da alle Speichen als identische parallel liegende Spannungsquellen wirken, deshalb keine Ausgleichs- oder Wirbelströme fließen. In einem nächsten gedanklichen Schritt braucht man nur die Anzahl der Speichen bis unendlich zu erhöhen und hat damit die von einem homogenen Magnetfeld durchsetzte massive Scheibe. Die Wirkungsweise der Unipolarmaschine mit einem sich ändernden Fluss in einer Leiterschleife zu begründen ist zwar möglich, aber ziemlich unanschaulich.
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Ricky
Anmeldungsdatum: 16.01.2009
Beiträge: 1000
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| Ricky Verfasst am: 02. Mai 2012 21:38 Titel: |
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Ok, vielen Dank. Nun habe ich es verstanden. Wir hatten damals folgende Aufgabe mit folgendem Diagramm als Lösung.
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Ricky
Anmeldungsdatum: 16.01.2009
Beiträge: 1000
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| Ricky Verfasst am: 02. Mai 2012 21:43 Titel: |
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Aber demnach , wie ich es verstanden habe , müsste das Diagramm doch falsch sein oder?
Denn wenn die Leiterschleife nach rechts gezogen wird, dann befindet sich ja auch irgendwann (kurze Zeit später) das Spannungmessgerät im Magnetfeld und dann müsste die Spannung doch verschwinden und null werden oder?
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Leonardo vom Winde
Anmeldungsdatum: 24.02.2011
Beiträge: 237
Wohnort: Dritter Planet
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| Leonardo vom Winde Verfasst am: 03. Mai 2012 00:27 Titel: |
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Nachti,
wenn das Messgerät wie im Anhang angeschlossen ist, also au0erhalb des Magnetfeldes bleibt und die Anschlussdrähte hinterher gezogen werden, ist das Diagramm richtig.
GN8 Leo
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Ich weiß genau was Raum und Zeit ist, aber wenn ich es erklären soll weiß ich es nicht mehr |
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Ricky
Anmeldungsdatum: 16.01.2009
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| Ricky Verfasst am: 03. Mai 2012 12:33 Titel: |
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Ok. Vielen Dank, dann ist nun alles klar. 
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