Grundwissen

Grundversuch zur Induktion im bewegten Leiter

Lässt man die Leiterschaukel - einmal angestoßen - im Magnetfeld eines Hufeisenmagneten hin- und herschwingen, so kann man am empfindlichen Messgerät eine Spannung feststellen.

Hinweise:

  • Wir betrachteten schon einmal einen Versuch mit der Leiterschaukel. Dort legten wird aber an die Leiterschaukel eine äußere Spannung an. Aufgrund dieser Spannung floss Strom und es ergab sich eine Kraft auf den stromdurchflossenen Leiter:
    Elektromotorisches Prinzip: Umwandlung elektrischer Energie in mechanische Energie

 

  • Bei dem jetzt betrachteten Versuch verwenden wir keine äußere Spannungsquelle
    Generator-Prinzip: Umwandlung mechanischer Energie in elektrische Energie

Das Entstehen einer Spannung bei der Bewegung eines Leiters im Magnetfeld kann man mit Hilfe der Lorentzkraft verstehen:

Im Leiter werden bewegliche Ladungsträger (z.B. Elektronen) mitbewegt. Mit der UVW-Regel der linken Hand ergibt sich bei einer Bewegung nach links eine Lorentzkraft auf die Elektronen, die aus der Zeichenebene gerichtet ist. Daher erhält der nach links bewegte Stab vorne einen Minuspol und hinten einen Pluspol (Elektronenmangel).
Bei der Bewegung in der Gegenrichtung wird der Stab umgepolt. Ruht der Stab, so kommt es zu keiner Ladungstrennung.

Aufgabe:
Überprüfen Sie bei der vorgegebenen Magnetfeld- und Bewegungsrichtung die Polarität der entstehenden Spannung mit der Drei-Finger-Regel.

Bei den obigen Darstellungen trat eine Induktionsspannung auf, wenn ein Leiter in geeigneter Weise in einem Magnetfeld bewegt wurde. Umgekehrt kommt es auch zu einer Induktionsspannung, wenn ein Magnet in geeigneter Weise in Bezug auf einen Leiter (z.B. Spule) bewegt wird. Die nebenstehende Animation der University of Colorado verdeutlicht dies.

Adresse:
http://phet.colorado.edu/sims/faraday/faraday_de.jnlp

Achten Sie darauf, dass bei der Simulation der Kartenreiter "Induktionsspule" (blau) angeklickt ist.

  • Beobachten Sie die Lampenhelligkeit, wenn der Magnet ruht.
  • Bewegen Sie den Dauermagneten auf die Spule zu und von der Spule weg.
  • Ersetzen Sie die Glühlampe durch das Messgerät.
  • Verändern Sie die Fläche (Windungsfläche) und die Windungszahl der Spule.
  • Beobachten Sie auch welchen Einfluss die "Stärke" des Stabmagneten hat (Feldstärke).
Aufgabe:
Welche Bedingungen müssen in der dargestellten Simulation erfüllt sein, damit in der Spule eine möglichst hohe Spannung auftritt?