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Grundwissen

Induktion durch Feldänderung

Abb. 1 Entstehung einer Induktionspannung bei ruhender Schleife und sich veränderndem Magnetfeld durch einen bewegten Permanentmagneten

Das Entstehen einer Induktionsspannung in der Spule (Induktionsspule) können Sie mit Hilfe der Lorentzkraft verstehen: Sie haben gelernt, dass bei geeigneter Bewegung eines Leiters im Magnetfeld eine Ladungstrennung und damit eine Spannung im Leiter entsteht (vgl. Leiterschaukel-Versuch).

Hier bewegt sich zwar nicht der Leiter, jedoch der Magnet. Es kommt offensichtlich nur auf die Relativbewegung an.

Abb. 2 Entstehung einer Induktionspannung bei ruhender Schleife und sich veränderndem Magnetfeld durch die Änderung des Stromflusses in einer Spule

Man kann nun den Permanentmagneten durch einen Elektromagneten (Feldspule) ersetzen. Bewegt man die Feldspule auf die Induktionsspule zu, so entsteht wieder ein Spannungsstoß.
Soweit erbringen die oben angesprochenen Versuche nichts wesentlich Neues. Lässt man nun die Feldspule bezüglich der Induktionsspule ruhen, so kommt es zu keinem Spannungsstoß.

Es passiert aber etwas ganz Besonderes, wenn man den Strom in der Feldspule ein- bzw. ausschaltet: Ohne irgendwelche Relativbewegung kommt es in der Induktionsspule zu einem Spannungsstoß. Diese Erkenntnis formulierte Faraday (1831) in seinem berühmten Induktionsgesetz.

Ändert sich das von den Windungen einer Spule umschlossene
Magnetfeld, so wird in ihr eine Spannung induziert.

Genauere Untersuchungen zeigen zusätzlich:

  • Je größer die Änderung des Magnetfeldes ist (bei gleicher Zeitdauer der Änderung), desto größer ist die Induktionsspannung.
  • Je schneller die Änderung des Magnetfeldes ist (bei gleichem Betrag der Änderung), desto
    größer ist die Induktionsspannung.
  • Die Induktionsspannung ist bei fester Feldspule umso größer, je mehr Windungen die Induktionsspule besitzt.
  • Besonders hohe Induktionsspannungen erhält man, wenn man Feld- und Induktionsspule auf einen gemeinsamen Eisenkern setzt.
Abb. 1 Entstehung einer Induktionspannung bei ruhender Schleife und sich veränderndem Magnetfeld

Wie experimentell gezeigt werden konnte, entsteht nicht nur durch geeignete Bewegung eines Leiters im Magnetfeld eine Induktionsspannung, sondern auch im ruhenden Leiter kann eine Induktionsspannung auftreten, wenn sich die magnetische Flussdichte im Leiter ändert.

Ändert sich die magnetische Flussdichte eines von einer Spule umschlossenen Magnetfeldes mit der Zeit, so tritt an den Spulenenden eine Induktionsspannung auf, für die gilt:\[{U_i} = - N \cdot A \cdot \frac{{\Delta B}}{{\Delta t}}\]