Elektromagnetische Induktion

Ascareth · Anmeldungsdatum: 11.11.2010 Beiträge: 203

Hallo,

mal eine Frage. Ich habe einmal gelernt, dass in eine Spule, der durch ein homogenes Magnetfeld bewegt wird, eine Spannung induziert wird. Die Spule schneidet dabei die magnetischen Feldlinien senkrecht. (Beispiel Dauermagnet und Spule, Generatorprinzip)

Außerdem wird eine Spannung in einer Spule erzeugt, wenn sich das Magnetfeld in dem er sich befindet ändert. (Beispiel zwei Spulen auf einem Eisenkern, Trafoprinzip)

Das Induktionsgesetz dazu lautet:

Das heißt also im 1. Fall (Bewegung) ist das Magnetfeld, oder genauer der magnetische Fluss Phi, konstant und im 2. Fall (Ruhe) ändert sich das Feld, bzw. der Fluss Phi?

Gruß, Ascareth

Catweasel · Anmeldungsdatum: 06.08.2011 Beiträge: 330

In eine Spule wird Spannung induziert, wenn sich das Magnetfeld ändert (Transformator) oder wenn sich die "wirksame" Fläche der Spule im Magnetfeld ändert (Generator).

Für den magn. Fluss im homogenen Magnetfeld gilt:

Ascareth · Anmeldungsdatum: 11.11.2010 Beiträge: 203

wenn man also beispielsweise eine kugel in einem homogenen, konstanten feld rotieren bzw darin bewegen würde, entstünde dabei keine spannung,weil sich die fläche nie änderte?

es muss sich also die wirksame fläche im feld verändern und nicht blosz die ausrichtung relativ zu den feldlinien?

Ascareth · Anmeldungsdatum: 11.11.2010 Beiträge: 203

Noch mal anders:

wenn man einen Stabmagneten durch eine Spule bewegt, wird in der Spule eine Spannung induziert, weil der Stabmagnet eben nicht von einem homogenen Feld umgeben wird?

D2 · Anmeldungsdatum: 10.01.2012 Beiträge: 1723

Wenn der Magnet in Abb. A um die eigene Achse rotieren läst, dann wird in der Spule keine Spannung induziert

Wenn in der Abb. B starke Ströme I1 und I2 fließen, dann wird keine Rotation des Drahtes(Stromstärke I2) statfinden. Auch dann nicht wenn man die Spule durch einen starken Magnet ersetzt.

Ascareth · Anmeldungsdatum: 11.11.2010 Beiträge: 203

Ich habe keine Ahnung was du damit sagen willst.

Wann genau wird jetzt eine Spannung in einer Spule induziert? Reicht es aus das die Spule auf einer Bahn durch ein magnetisches Feld Feldlinien schneidet, oder müssen sich diese Feldlinien auch noch in ihrer Intensität verändern. Denn so verstehe ich Delta Phi, dass sich Feldlinien in ihrer Intensität verändern, also, dass das magn. Feld dichter oder weniger dicht wird und damit stärker / schwächer. Also B = Phi / A oder eben Phi = B * A.

Und wenn gilt U = N * Delta Phi / Delta t , dann müsste sich ja das Feld ändern während eine Spule mit N Wicklungen in einer Zeit von Delta t durch das Feld bewegt wird, damit eine Spannung induziert werden kann. Ich habe wie gesagt, einmal gelernt, dass eine Spannung induziert wird, wenn eine Spule Feldlinien in einem konstanten homogenen Magnetfeld schneidet. .. mag schon sein dass ich da nicht richtig zugehört habe. Aber wie ist es denn nun? Also wie kann man sich die Spule und die Bewegung durch das magn. Feld vorstellen, damit in der Spule eine Spannung induziert wird?

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 21469

Nimm als einfachstens Beispiel keine Spule sondenr eine einfache (einmal gewickelte) Leiterschleife. Diese Schleife C spannt eine Fläche S auf, die von C berandet ist. Durch diese Fläche dringt ein Magnetfeld. Das Flächenintegral über das Magnetfeld definiert den magnetischen Fluss

Im Falle eines räumlich konstanten Magnetfeldes und einer nicht-gewölbten Fläche S ist das einfach

wobei n den Einheitsvektor bezeichnet, der senkrecht zur Fläche gerichtet ist, und A den Flächeninhalt bezeichnet.

Eine Spannung wird immer dann induziert, wenn eine zeitliche Änderung des Flusses vorliegt, also

Der Fluss kann sich nun ändern weil sich
a) die Stärke des Magnetfeldes mit der Zeit ändert oder weil sich
b) die Fläche mit der Zeit ändert

Letzteres schließt zwei Fälle ein, nämlich dass sich
i) A selbst ändert (die Form der Fläche S also der Leiterschleife C wird geändert) oder dass sich
ii) der Winkel zwischen der Fläche und dem Magnetfeld ändert, wobei A jedoch konstant bleibt (die für B sichtbare Fläche wird geändert)

Ascareth · Anmeldungsdatum: 11.11.2010 Beiträge: 203

Ach so! Dann geht es gar nicht um die Feldlinien, von denen der Draht der Windung durchflutet wird. Sondern es geht um die vom Wicklungsdraht umrandete Fläche! Ich dachte immer das es zu einer Induktion im Draht kommt wenn dieser durchflutet wird. Ich wusste nicht, dass der Draht eine Fläche aufspannen und dann diese von Feldlinien durchsetzt werden muss, damit es zu einer Induktion kommen muss.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 21469

Ja, genau darum geht es. Die zeitl. Änderung des magn. Flusses durch eine (beliebige gedachte) Fläche bewirkt eine Ringspannung entlang einer geschlossenen Linie, die die Fläche berandet. Wenn nun entlang dieser Linie ein Leiter liegt, resultiert aus dieser Ringspannung ein elektrischer Strom.

Ascareth · Anmeldungsdatum: 11.11.2010 Beiträge: 203

Ich glaube das habe ich soweit verstanden. Wenn ich auch mit dem Begriff Ringspannung nicht viel anfangen kann. Ist das im geometrischen Sinn gemeint? Also die Spannung rings herum, um die durch den Leiter begrenzte Fläche?

Noch eine Frage hierzu: Leiterstab im Magnetfeld Dort wird das ebenfalls mit der Leiterschleife im Magnetfeld erklärt. Kann denn in dem Bild im Anhang demnach überhaupt eine eine Spannung induziert werden?

Wenn die vom Leiterstab und den Leitungen begrenzte Fläche im Bild senkrecht auf dem Leiterstab steht, und damit die Fläche genau parallel zu den Feldlinien verlaufen würde, könnte keine Spannung induziert werden. Weil mit der Bewegung die von den Feldlinien durchsetzte Fläche nicht verändert würde. Im Bild sieht es allerdings eher aus wie eine Leiterschaukel. Also so, dass die Fläche nur in Ruhelage direkt parallel zu den Feldlinien liegen würde. Das heißt also die Fläche würde sich beim Schaukeln im Feld jeweils nach rechts und links neigen. Dann würde auch eine Spannung induziert werden?

Wobei man eigentlich hier gar keine Fläche zählen lassen dürfte oder? Denn die Leitungen liegen ja außerhalb des Feldes. Lediglich der Leiter wird durch das Magnetfeld bewegt, und der ist rund. Seine Projektion zum Feld ist also immer gleich. Dann dürfte doch eigentlich gar keine Spannung induziert werden?

Catweasel · Anmeldungsdatum: 06.08.2011 Beiträge: 330

Es entsteht eine Spannung aufgrund der Lorentzkraft.

Auf die bewegten Ladungsträger (in dem Stab) wirkt die Lorentzkraft, die sie je nach Richtung des Feldes in eine Richtung des Stabes drängt und so eine Spannung über dem Stab erzeugt.

Bei einer quadratischen Leiterschleife würde sich dieser Effekt aufheben, weil in den jeweils gegenüberliegenden Stäben dieselbe Ladungstrennung stattfindet.

Vielleicht hilft die Seite weiter, da gibts dazu auch Animationen:

http://www.leifiphysik.de/web_ph11_g8/grundwissen/05induktion/bewegung/bewegung.htm

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 21469

Ascareth · Anmeldungsdatum: 11.11.2010 Beiträge: 203

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 21469

Man geht aus von der Lorentzkraft

Wenn bereits einen Strom j im Leiter vorliegt, entspricht dies einer (mittleren) Geschwindigkeit v der Ladungsträger (Elektronen). Daraus resultiert eine Kraft F auf die Ladungsträger und damit letztlich eine Ladungstrennung

Siehe dazu http://de.wikipedia.org/wiki/Hall-Effekt

Ascareth · Anmeldungsdatum: 11.11.2010 Beiträge: 203

Ich denke das habe ich verstanden und das mag ja auch so sein. Aber wozu müssen die Ladungen sich bewegen?

Letztlich wird doch die Lorenzkraft und die kompensierende elektr. Feldkraft von der Kraft des Magnetfeldes (Vektor B) hervorgerufen. Und diese Kraft ist doch auch vorhanden, wenn sich die Ladungen nicht bewegen. Also müsste diese Kraft doch auch dann auf die Ladungen eine Wirkung haben, wenn sie sich nicht bewegen. Warum wird dann nicht auch eine Spannung induziert?

Das ist schon ziemlich verwirrend. Auch wenn ich mir überlege, dass auf einen geladenen Probenkörper in einem elektrischen Feld ja auch eine Kraft ausgeübt wird, und dazu muss sich der Probenkörper nicht bewegen, er muss lediglich geladen sein.

TomS · Moderator Anmeldungsdatum: 20.03.2009 Beiträge: 21469

bei der Lorentzkraft ist das eben anders, da muss eine Bewegung vorliegen