Induktion mit Permanentmagnet und Spule
An eine ruhende Spule ist ein Spannungsmessgerät angeschlossen. Bewegst du wie in Abb. 1 einen Permanentmagneten auf die Spule zu bzw. in die Spule hinein, so schlägt das Spannungsmessgerät aus. Es entsteht in der Spule eine sog. Induktionsspannung \(U_{\rm{i}}\).
Kommt der Magnet im inneren der Spule zur Ruhe, so tritt keine Induktionsspannung mehr auf. Ziehst du den Magneten wieder aus der Spule heraus, so tritt wieder Induktion auf. Allerdings ist die Induktionsspannung nun umgekehrt gerichtet, der Spannungsmesser schlägt also in die andere Richtung aus.
Ebenfalls kannst du eine Induktionsspannung messen, wenn der Permanentmagnet an einem festen Ort verbleibt und du die Spule auf den Magneten zu oder von ihm wegbewegst.
Elektromagnet anstatt Permanentmagnet
Induktion tritt auch auf, wenn du den Permanentmagneten durch einen Elektromagneten ersetzt. Diesen Elektromagneten nennt man meist Feldspule. Bewegst du die stromdurchflossene Feldspule, also den Elektromagneten, auf die Induktionsspule zu, so schlägt das Spannungsmessgerät wieder aus, es wird also eine Spannung in die Spule induziert.
Änderung des Stroms durch die Feldspule
Auch wenn beide Spulen ruhen, kannst du eine Induktionsspannung erzeugen: Wenn der Strom durch die Feldspule wie in Abb. 2 z.B. beim Schließen des Schalters zunimmt, so verändert sich auch das von ihr erzeugte Magnetfeld. Da die Induktionsspule nahe an der Feldspule platziert ist, ändert sich dabei auch das Magnetfeld, welches die Induktionsspule durchsetzt. Es tritt wiederum eine Induktionsspannung auf und der Spannungsmesser schlägt aus.
Fließt hingegen ein konstanter Strom durch die Feldspule, so ist das Magnetfeld, welches die Feldspule durchsetzt, konstant. Es ist keine Induktionsspannung messbar.
Mit dem Öffnen des Schalters ändert sich wiederum der Stromfluss durch die Feldspule und damit ihr Magnetfeld. Also ändert sich auch das Magnetfeld, dass die Induktionsspule durchsetzt. Es tritt daher wiederum eine Induktionsspannung auf und der Spannungsmesser schlägt aus, diesmal jedoch in die entgegengesetzte Richtung.
Induktionsgesetz (qualitativ)
Ändert sich das von den Windungen einer Spule umschlossene Magnetfeld, so wird in die Spule eine Induktionsspannung \(U_{\rm{i}}\) induziert.
Einflussgrößen auf die Induktionsspannung
Mit Hilfe der Simulation in Abb. 3 kannst du folgende Einflussgrößen auf die Induktionsspannung zeigen:
- Je größer die Änderung des Magnetfeldes ist (bei gleicher Zeitdauer der Änderung), desto größer auch die Induktionsspannung ist.
- Je schneller die Änderung des Magnetfeldes ist (bei gleichem Betrag der Änderung), desto größer ist die Induktionsspannung.
Darüber hinaus ist die Induktionsspannung bei gleicher Feldspule umso größer, je mehr Windungen die Induktionsspule besitzt.
Weicheisenkern
Besonders hohe Induktionsspannungen erhältst du, wenn du Feld- und Induktionsspule auf einem gemeinsamen Weicheisenkern schiebst. Dies wird z.B. bei Transformatoren genutzt.
Induktion an einzelner Leiterschleife
Die Animation in Abb. 4 veranschaulicht, dass auch bei einer einzelnen Leiterschleife eine Induktionsspannung \(U_{\rm{i}}\) auftritt, wenn sich das von ihr umschlossene Magnetfeld ändert, also entweder zu- oder abnimmt. Hier ist die auftretende Spannung jedoch deutlich kleiner, sodass du ein sehr empfindliches Messgerät benötigst, um die Induktionsspannung im Experiment zu zeigen.