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Versuche

Selbstinduktion (quantitativ)

Ziel des Versuchs

  • Veranschaulichen, dass in einem Zweig mit einer Spule sich der Stromfluss langsamer als in einem Zweig mit ohmschem Widerstand ändert.
  • Demonstration des Auftretens einer Spannungsspitze durch Selbstinduktion beim Ausschalten eines Stroms durch eine Spule.

Nachweis des allmählichen Stromanstiegs beim Einschalten der Spannung an einer Spule mit Glühlampe

In dem Parallelkreis befindet sich im oberen Zweig ein Lämpchen \(\rm{Lp}_1\) und ein Widerstand, dessen Widerstandswert in etwa gleich dem ohmschen Widerstand der Spule im unteren Zweig ist. Im unteren Zweig ist eine Spule hoher Induktivität und ein Lämpchen \(\rm{Lp}_2\) gleicher Bauart wie im oberen Zweig in Reihe geschaltet. 

Im gezeigten Versuchsaufbau wird ein Gleichspannungsnetzgerät genutzt, dessen Ausgangsspannug auf ca. \(U=15\,\rm{V}\) eingestellt ist. Der ohmsche Widerstand der Spule beträgt \(R=280\,\Omega\). Ein entsprechender Widerstand ist im oberen Zweig eingebaut. Die Spule hat eine Induktivität von \(L=630\,\rm{H}\) und die beiden Lämpchen haben Leistungswerte von \(4\,\rm{V}, 40\,\rm{mA}\).

Abb. 2 Aufbau, Durchführung und Beobachtungen des Versuchs zum Nachweis der Selbstinduktion in Spulen mit Glühlampen
Joachim Herz Stiftung

Abb. 1 Qualitative Demonstration der Selbstinduktion mit Glühlampen

Schließt du nun den Schalter in der Hauptleitung, so leuchtet das Lämpchen\(\rm{Lp}_1\) sofort hell auf, während das Lämpchen \(\rm{Lp}_2\) erst nach einer gewissen Zeit seine volle Helligkeit erreicht (vgl. Animation). Der langsamere Stromanstieg im unteren Zweig ist auf die Selbstinduktion in der Spule zurückzuführen.

Nachweis des allmählichen Stromanstiegs beim Einschalten der Spannung an einer Spule mit Strommessers

Die Glühlampe werden durch schnell reagierende Strommesser A1 und A2 mit Nullpunkt in der Mitte ersetzt. Hiermit lässt sich der Stromverlauf etwas genauer untersuchen.

Abb. 4 Aufbau, Durchführung und Beobachtungen des Versuchs zum Nachweis der Selbstinduktion in Spulen mit Strommessern
Joachim Herz Stiftung

Abb. 3 Qualitative Demonstration der Selbstinduktion mit Zeigermessgeräten

Auch hier ist wieder beim Einschalten der langsame Stromanstieg im Spulenzweig zu sehen. Beim Abschalten fließt der Strom im Spulenzweig in die gleiche Richtung noch nach. Im oberen Zweig kommt es dagegen zu einer abrupten Stromumkehr, da bei geöffnetem Schalter nur noch der in der Animation dargestellte Kreisstrom fließen kann.

Nachweis, dass beim Abschalten des Stroms durch eine Spule u.U. eine hohe Spannung auftreten kann

Abb. 5 Aufbau, Durchführung und Beobachtungen des Versuchs zum Nachweis der Selbstinduktion in Spulen mit einer Glimmlampe

Parallel zur Spule wird eine Glimmlampe geschaltet, deren Zündspannung bei ca. \(80\,\rm{V}\) liegt.

Beim Schließen des Schalters zündet die Glimmlampe nicht, da die Spannung des Niederspannungsnetzgerätes nicht ausreicht.

Beim Öffnen des Schalter kommt es dagegen zu einem hellen Aufblitzen der Glimmlampe. Offensichtlich kann es beim Abschalten des Spulenstroms zu einer sehr hohen Spannung kommen.