Ph 10

Versuch

Gesetz von Lenz


Besteht eine Relativbewegung zwischen Leiter und Magnetfeld, so kann man mit Hilfe der Lorenztkraft verstehen, wie es zu einer Ladungstrennung und damit Spannung im Leiter kommt.

Heinrich Lenz (1804 - 1865), Professor in St. Petersburg führte nach der Entdeckung der Induktion durch Faraday eine Reihe von wichtigen Versuchen durch. Nach ihm ist die lenzsche Regel benannt, welche eine Vorhersage über die Richtung des Induktionsstroms macht, ohne dass man immer das Experiment bis in alle Details betrachten muss:

Der Induktionsstrom ist stets so gerichtet, dass er die Ursache seiner Entstehung zu hemmen sucht.

In dem folgenden Applet von Davidson, wird die Aussage des Gesetzes von Lenz sehr deutlich:

  • Bewegt sich der Nordpol des Stabmagneten auf den Metallring zu, so fließt der technische Strom (gelb) im Uhrzeigersinn. Aufgrund dieses Stroms entsteht ein Magnetfeld (blaue Feldlinien), das dem äußeren zunehmenden Feld (rote Feldlinien) entgegengerichtet ist. Auf der Ringunterseite entsteht durch den Induktionsstrom ein Nordpol, der bewegungshemmend auf den Nordpol des Stabmagneten einwirkt.
  • Bewegt sich der Nordpol des Stabmagneten nach unten vom Metallring weg, so fließt der Induktionsstrom im Gegenuhrzeigersinn. Aufgrund dieses Stroms entsteht ein Magnetfeld (blaue Feldlinien), das dem äußeren abnehmenden Feld (rote Feldlinien) gleichgegengerichtet ist. Auf der Ringunterseite entsteht durch den Induktionsstrom ein Südpol, der bewegungshemmend auf den Nordpol des Stabmagneten einwirkt.


zum Applet: http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/lenzlaw/index.html


Bewegen Sie mit Hilfe der Maustaste den Magneten relativ zum Metallring.

 

Mit dem folgenden Versuch kann das Gesetz von Lenz sehr eindrucksvoll bestätigt werden:


1.Teil:

Ein, auf einem leichtgängigen Wägelchen befestigter, Stabmagnet wird mit seinem Südpol voran gegen die Spule geschoben. In der Spule entsteht eine Induktionsspannung und in deren Folge ein Induktionsstrom. Nach Lenz muss der Induktionsstrom so fließen, dass er die Ursache seiner Entstehung zu hemmen sucht. Dies ist möglich, wenn aufgrund des Stroms auf der linken Spulenseite ein Südpol entsteht (Abstoßung gleichnamiger Pole).
Hinweis:
Würde der Spulenstrom so fließen, dass auf der linken Spulenseite ein Nordpol entstünde, so würde das Wägelchen nicht abgebremst sondern beschleunigt. Dies würde einen Widerspruch zum Energieerhaltungssatz darstellen, denn die kinetische Energie des Wägelchens würde - grundlos -erhöht und zusätzlich auch noch elektrische Energie zur Verfügung gestellt. Insofern ist die Vorhersage von Lenz schon durch den Energiesatz bedingt.

2. Teil:

 

Um die obige Aussage zu erhärten, wird in den Kreis von Spule und Messgerät ein Netzgerät eingebaut und die Polung so gewählt, dass der Zeiger des Messgerätes (Achtung: veränderter Messbereich!) nach dem Schließen des Schalters in die gleiche Richtung wie bei Teilversuch 1 ausschlägt. Wenn unsere obige Überlegung richtig war, müsste bei dieser Stromrichtung auf der linken Seite der Spule ein Südpol auftreten. Tatsächlich wird beim Schließen des Schalters der Wagen von der Spule abgestoßen.

 

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