Elektrizitätslehre

Elektromagnetische Induktion

Vorzeichen der Induktionsspannung

  • Wie funktioniert ein Elektromotor?
  • Wie erzeugt ein Dynamo elektrischen Strom?
  • Was bewirkt eine Spule?

Vorzeichen der Induktionsspannung

Aufbau und Durchführung

1 Aufbau, Durchführung und Beobachtung des Versuch zum Nachweis des Vorzeichens der Induktionsspannung

An eine elektrische Quelle, die in diesem Versuch eine feste Spannung vom Betrag \(U_0\) liefert, wird eine Spule angeschlossen. Die Stromstärke im Stromkreis wird mit einem Strommesser gemessen.

In die Spule wird ein Weicheisenkern geschoben.

Beobachtung

Beim Einführen des Weicheisenkerns in die Spule geht - bei gleichbleibender Spannung \(U_0\) der elektrischen Quelle - die Stromstärke kurzzeitig zurück.

Erklärung

Durch das Magnetfeld der Spule werden in dem eingebrachten Weicheisenkern die Elementarmagnete in Feldrichtung umgeklappt bzw. gedreht. Dadurch nimmt der magnetische Fluss \(\phi \) in der Spule zu: \(\frac{{\Delta \phi }}{{\Delta t}} > 0\) bzw. \(\dot \phi  = \frac{{d\phi }}{{dt}} > 0\).

Die durch die zeitliche Flussänderung bewirkte Induktionsspannung \({U_{{\rm{ind}}}}\) wirkt offensichtlich der von außen angelegten Spannung \(U_0\) entgegen, denn sonst wäre der kurzzeitige Stromabfall nicht erklärbar.

Formal gilt in dem betrachteten Stromkreis die Maschenregel von KIRCHHOFF: "Summe aller Spannungen ist Null" und damit\[{U_0} + {U_{{\rm{ind}}}} = 0\quad (1)\]Zählt man die Spannung \(U_0\) positiv, so ist obige Gleichung nur zu erfüllen, wenn im Induktionsgesetz ein Minuszeichen eingeführt wird (bei dem beschriebenen Vorgang ist ja \(\dot \phi  = \frac{{d\phi }}{{dt}} > 0\) und die Windungszahl \(N\) ist auch positiv!). Somit lautet Gleichung \((1)\) ausführlich geschrieben\[U_0 + \left( { - N \cdot \frac{{d\Phi }}{{dt}}} \right) = 0\]

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