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Grundwissen

Regel von LENZ

Heinrich Friedrich Emil LENZ
(1804 - 1865)
unbekannter Autor [Public domain], via Wikimedia Commons

Heinrich Friedrich Emil 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 Regel von LENZ (oder 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.

Abb. 1 Durch eine äußere Kraft im Magnetfeld eines Hufeisenmagneten bewegte Leiterschaukel

Beim Grundversuch zur Induktion wurde eine Leiterschaukel im Magnetfeld eines Hufeisenmagneten durch eine äußere Kraft \(\vec F_{\rm{A}}\) bewegt. Dabei kam es zur Ladungstrennung im Leiter, die wir mit einem Spannungsmesser nachgewiesen haben.

Ersetzt man nun den hochohmigen Spannungsmesser durch einen niederohmigen Strommesser, so kann im Leiterkreis ein merklicher Strom fließen, d.h. man hat einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld vorliegen, auf den eine Kraft \(\vec F_{^*}\) wirkt, deren Richtung mit der ersten UVW-Regel ermittelt werden kann. Die Animation zeigt die Gedankenschritte zur Ermittlung der Richtung von \(\vec F_{^*}\).

Hinweis: Zum besseren Verständnis sind die oben beschriebenen Vorgänge in der Animation zeitlich versetzt dargestellt. Tatsächlich ist es so, dass beim Einsetzen der Bewegung sofort die Ladungstrennung, der Strom und die Kraft \(\vec F_{^*}\) existent sind.

Auf das obige Problem angewandt bedeutet die Regel von LENZ dies: Die Bewegung des Leiters aufgrund der äußeren Kraft ruft einen Induktionsstrom hervor, der die Ursache für die Kraft \(\vec F_{^*}\) ist, welche die Bewegung des Leiters (und dies ist die Ursache für den Induktionsstrom) zu hemmen sucht.

Hinweis: Wäre die Kraft \(\vec F_{^*}\) bei dem obigen Versuch nach rechts gerichtet, so würde sie die Bewegung unterstützen. Der Leiter würde sich dann - ohne Einwirkung von außen - immer schneller bewegen. Dies wäre ein Energiezuwachs ohne dass man von außen Energie zuführt und damit ein Widerspruch zum Energiesatz.

 

Mit der Regel von LENZ kann auch die folgende Versuchsserie verstanden werden (Quelle: Staatliche Berufsschule Neu-Ulm):

Versuch
Nähert man einen Magneten einer kurzgeschlossenen und frei aufgehängten Spule, so wird die Spule in Bewegung versetzt.

Erklärung
Infolge der Bewegung des Magneten ändert sich die Stärke des von der Spule umfassten Magnetfeldes, so dass in der Spule eine Induktionsspannung erzeugt wird. Im geschlossenen Leiterkreis (die Spule ist kurzgeschlossen) fließt folglich ein Induktionsstrom, der selbst ein Magnetfeld hervorruft, welches mit dem des Stabmagneten in Wechselwirkung tritt.

 

 

 

Magnet wird auf Spule zubewegt → Spule weicht nach links aus, da sie den ursprünglichen Zustand (Feldfreiheit) aufrechterhalten will. Es fließt in ihr der Induktionsstrom so, dass am rechten Spulenende ein Nordpol entsteht. Auf diese Weise kommt es zur Abstoßung nach links.   Magnet wird von Spule wegbewegt → Spule folgt Magneten, da sie den ursprünglichen Zustand (Feld in Spule) aufrechterhalten will. Es fließt in ihr der Induktionsstrom so, dass am rechten Spulenende ein Südpol entsteht. Auf diese Weise kommt es zur Anziehung nach rechts.   Argumentation analog zur 1. Spalte   Argumentation analog zur 2. Spalte