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Induktivität/Selbstinduktivität
 
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Selbstinduktion
Gast





Beitrag Selbstinduktion Verfasst am: 21. Apr 2020 09:40    Titel: Induktivität/Selbstinduktivität Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Induktivität/Selbstinduktivität:
Bitte beantwortet mir jeder von euch in eigenen Worten, aber im Detail auch unter zur Hilfenahme der passenden Formeln, die folgenden Fragestellungen:

Eine ideale Spule wird in Reihe mit einem idealen ohmschen Widerstand betrieben (Ersatzbild für eine reale Spule). Die Spule ist mit einem Eisenkern gefüllt.
a)
- Wie verhält sich eine lange, mit Eisen gefüllte Spule und der magnetische Fluß darin, wenn ich durch sie einen konstant steigenden Stromfluß ( I = m*t ) aufzwinge?
- Was für eine Gegenspannung erzeugt die Spule und was hat das mit L zu tun?
- Wie verläuft die Spannung über der Spule (U_s) und über den Widerstand (U_r) in Abhängigkeit von t? Wie groß ist die Spannung (U) meiner Stromquelle, mit der ich den Stromfluss aufzwinge.
b)
Die Spannungsquelle gibt zu jedem Zeitpunkt die Leistung P = U * I(t) ab. (P=UI)
- Welche Leistung wird vom Widerstand umgewandelt? (In Wärme) P_r
- Welche Leistung wird von der Spule umgewandelt? Wo geht diese Leistung hin? P_s

Eine reale Spule ist bis zum Zeitpunkt t=0 stromlos. Bei t=0 wird eine konstante Spannungsquelle angeschlossen. (U)
c)
- Wie verhält sich die Spannung U_s, U_r über die Zeit und im Verhältnis zueinander?
- Wie verhält sich die Stromstärke I über die Zeit?


Meine Ideen:
Ich habe leider keine Idee wie ich das bearbeiten soll und bitte daher um Hilfe.
Nobby1



Anmeldungsdatum: 19.08.2019
Beiträge: 1543

Beitrag Nobby1 Verfasst am: 21. Apr 2020 12:06    Titel: Antworten mit Zitat

a) die Spule bzw. der Eisenkern wird magnetisch, umso stärker he höher der Strom wird. Das sich aufbauende Magnetfeld wirkt der Spannung entgegen indem eine Gegeninduktionsspannung aufgebaut wird. Die wird umso größer je größer die Induktivität L ist.
Die Spannung läuft über den Widerstand R in Phase und über der Induktivität ist sie auch da, aber sinkt mit laufender Zeit ab. Man sagt die Spannung eilt dem Strom vor.

b) Pr =Ur*I und Ps = Us*I

Bei R wird Wärme erzeugt und bei S wird das Magnetfeld erzeugt

c) https://www.elektroniktutor.de/analogtechnik/l_gleich.html
Steffen Bühler
Moderator


Anmeldungsdatum: 13.01.2012
Beiträge: 7226

Beitrag Steffen Bühler Verfasst am: 21. Apr 2020 12:17    Titel: Antworten mit Zitat

Nobby1 hat Folgendes geschrieben:
Die Spannung läuft über den Widerstand R in Phase und über der Induktivität ist sie auch da, aber sinkt mit laufender Zeit ab.


Kleine Anmerkung: es geht hier um einen konstant ansteigenden Strom. Der ist somit nicht periodisch, daher gibt es auch keine Phase zur Spannung. Wie die Spannung über der Induktivität "da ist", ergibt sich aus der zeitlichen Ableitung des Stroms.

Viele Grüße
Steffen
Nobby1



Anmeldungsdatum: 19.08.2019
Beiträge: 1543

Beitrag Nobby1 Verfasst am: 21. Apr 2020 12:29    Titel: Antworten mit Zitat

Ist ja richtig. Wusste jetzt nicht wie man es besser beschreiben sollte.

Gedankenexperiment.

Zur Spule und zum Ohmschen Widerstand werden je ein Spannungsmesser parallel geschaltet. Die Spannungsquelle ist ein regelbares Netzgerät. Wenn man das Poti an dem Netzgerät hoch dreht steigt der Strom und auch die Spannung zeitlich an, man wird an beiden Spannungsmesser ein ansteigen des Ausschläge feststellen können. Erst wenn man innehält wird die Spannung an der Spule absinken aber am Wirkwiderstands stehen bleiben.
GvC



Anmeldungsdatum: 07.05.2009
Beiträge: 14861

Beitrag GvC Verfasst am: 21. Apr 2020 16:00    Titel: Antworten mit Zitat

Nobby1 hat Folgendes geschrieben:
Zur Spule und zum Ohmschen Widerstand werden je ein Spannungsmesser parallel geschaltet. Die Spannungsquelle ist ein regelbares Netzgerät.


Handelt es sich bei dem Netzgerät um eine regelbare Strom- oder Spannungsquelle?

Nobby1 hat Folgendes geschrieben:
Wenn man das Poti an dem Netzgerät hoch dreht steigt der Strom und auch die Spannung zeitlich an, man wird an beiden Spannungsmesser ein ansteigen des Ausschläge feststellen können.


Wenn man am Poti so dreht, dass der Strom linear mit der Zeit ansteigt, wird nur die Spannung am Widerstand linear ansteigen, während die Spannung an der (idealen) Spule konstant bleibt. Nur wenn der Strom überproportional mit der Zeit ansteigt, wird auch die Spannung an der Spule ansteigen.

Nobby1 hat Folgendes geschrieben:
Erst wenn man innehält wird die Spannung an der Spule absinken aber am Wirkwiderstands stehen bleiben.


Da die Spannung am Widerstand "stehen bleibt", bedeutet das "Innehalten" also, dass der Strom konstant ist. Die Formulierung, dass die Spannung an der Spule absinken wird, könnte insofern missverstanden werden, als mit "Absinken" ein zeitlicher Vorgang assoziiert wird. Tatsächlich wird in dem Moment, zu dem der Strom konstant wird, die Spannung an der Spule spontan auf null springen.

Die Aufgabe ist interessant, aber insbesondere im Aufgabenteil b) unklar. Inhaltlich suggeriert der Text, insbesondere die Frage nach der in der Spule umgesetzten Leistung, dass die R-L-Reihenschaltung wie im Aufgabenteil a) nach wie vor an einer Stromquelle mit linear ansteigendem Strom liegt. Allerdings ist im hier wiedergegebenen Aufgabentext von einer Spannungsquelle die Rede. Das sollte erstmal geklärt werden.

Im Übrigen führt das Konzept der im Aufgabenteil a) erwähnten "Gegenspannung" erfahrungsgemäß immer zu Missverständnissen, weil damit suggeriert wird, dass eine Spannung gegen den Stromfluss erzeugt wird. Das ist zwar tatsächlich so, allerdings handelt es sich bei dieser Spannung dann um eine EMK (elektromotorische Kraft), während der Pfeil der zugehörigen Verbraucherspannung immer in Richtung des Stromes gerichtet ist. Das Vorzeichen für den so gerichteten Pfeil ergibt sich nach der vorgegebenen Stromänderung, die hier, zumindest im Aufgabenteil a), positiv ist. Damit ergibt sich die sog. Gegenspannung an der Spule als eine positive (Verbraucher-)Spannung in Richtung des Stromes. Die Fragen im Aufgabenteil a) lassen sich deshalb wie folgt beantworten:

Selbstinduktion hat Folgendes geschrieben:
- Wie verhält sich eine lange, mit Eisen gefüllte Spule und der magnetische Fluß darin, wenn ich durch sie einen konstant steigenden Stromfluß ( I = m*t ) aufzwinge?


Dabei bleibt unklar, was mit dem "Verhalten" der Spule gemeint ist. Von einem Verhalten kann man meiner Meinung nach nur bzgl. des magnetischen Flusses reden. Der steigt linear mit der Zeit, also proportional zum Strom an und zwar nach der Funktion



Dabei ist N die Windungszahl der Spule und Rm ihr magnetischer Widerstand. Der berechnet sich (näherungsweise) zu



Dabei ist l die Länge und A die Querschnittsfläche des Eisenkerns.

Selbstinduktion hat Folgendes geschrieben:
- Was für eine Gegenspannung erzeugt die Spule und was hat das mit L zu tun?


Wie bereits oben ausgeführt, Verbraucherspannungspfeil in Richtung des fließenden Stromes:


mit


Selbstinduktion hat Folgendes geschrieben:
- Wie verläuft die Spannung über der Spule (U_s) und über den Widerstand (U_r) in Abhängigkeit von t? Wie groß ist die Spannung (U) meiner Stromquelle, mit der ich den Stromfluss aufzwinge.






Und die Spannung über der Stromquelle laut Maschensatz:



So weit erstmal. Alles weitere erst, wenn die Natur der Quelle (Strom- oder Spannungsquelle) in Aufgabenteil b) geklärt ist.
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