Lenz'sche Regel
Die Lenz'sche Regel besagt, dass eine induzierte Spannung immer der Ursache entgegenwirkt. Erfahre, wie sie durch ein einfaches Experiment veranschaulicht wird und warum sie aus der Energieerhaltung folgt. Interessiert? Vertiefe dein Verständnis und entdecke praktische Anwendungen!

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Lenz'sche Regel Übung
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Bestimme die physikalische Richtung des durch die induzierte Spannung bewirkten Stroms.
TippsNutze die richtige Hand.
Gehe vom bewirken Magnetfeld des Stroms aus.
Ein aktiver Strom ist nur messbar, wenn dieser den kompletten Leiter durchfließt.
LösungUm die Richtung des Stroms zu bestimmen, geht man am besten vom erzeugten Magnetfeld des Leiters aus. Dieses ist dem von außen wirkenden Magnetfeld immer entgegengesetzt.
Im zweiten Schritt prüft man nun mit der linken Hand die Richtung des Elektronenflusses. Dazu lässt man alle Fingerspitzen in die Wirkungsrichtung des entgegenwirkenden Magnetfeldes zeigen und prüft, in welche Richtung der Daumen weist.
Damit es zu einem Strom im Leiter kommen kann, müssen Magnetfeldlinien und die Richtung des Stromes an jedem Punkt des Leiters einen Winkel bilden, der nicht 0° oder 180° beträgt.
Wichtig ist, dass nur eine Änderung des magnetischen Flusses eine Spannung induziert. Daher muss sich entweder der Leiter bewegen oder die Stärke des Magnetfeldes ändern.
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Bestimme die Wirkungsrichtung des durch den Induktionsstrom hervorgerufenen Magnetfeldes.
TippsDie Richtung des Elektronenflusses ist die physikalische Stromrichtung.
LösungIn den beiden Fällen bewirkt der Elektronenfluss ein Magnetfeld. Da es um die Elektronenbewegung geht, nutzen wir die linke Hand zur Bestimmung der Richtung des Magnetfeldes. Für die Richtung ist die Bestimmung des Magnetfeldes innerhalb des Rings von Interesse.
Achtung: Es geht um die physikalische Stromrichtung. Zudem wird der Elektronenfluss im Leiter sofort zusammenbrechen, wenn sich der magnetische Fluss von außen nicht mehr ändert.
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Bewerte die Erklärungen zum Versuch.
TippsWas besagt die Lenz'sche Regel?
LösungAluminium ist wie Kupfer nicht magnetisch. Daher muss ein elektromagnetisches Phänomen vorliegen.
Durch die Bewegung des Magneten in den Ring hinein wird der magnetische Fluss durch den Aluminumring verändert. Deshalb wird im Ring eine Spannung induziert, die wiederum einen Elektronenfluss bewirkt. Dieser erzeugt dann ein Magnetfeld, welches dem ursprünglichen Feld entgegengesetzt ist. Dadurch trifft Südpol und Südpol aufeinander und der Ring weicht aus.
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Erkläre, wie eine Wirbelstrombremse funktioniert.
TippsDurch die Bewegung im Rohr wird eine Verkettung von Effekten ausgelöst.
Ein magnetischer Effekt bewirkt einen elektrischen Effekt. Dieser bewirkt wiederum einen magnetischen Effekt. Wir sehen dabei nur die magnetischen Effekte.
LösungDer Magnet wird durch das von ihm selbsterzeugte Gegenfeld abgebremst. Es gelten dafür folgende Abhängigkeiten.
Je stärker der Magnet ist, desto größer ist der magnetische Fluss, den dieser bewirkt.
Je schneller der Magnet fällt, desto stärker ändert sich der magnetische Fluss im Kupferrohr.
Je größer die Flussänderung, desto größer die induzierte Spannung.
Je größer die induzierte Spannung, desto stärker wird der Elektronenfluss.
Je größer der Elektronenfluss, desto stärker ist das bewirkte Magnetfeld.
Je stärker das Magnetfeld, desto stärker wird der fallende Magnet gebremst.
Damit wird ein leichter sehr starker Magnet viel stärker abgebremst als ein schwerer schwacher Magnet.
So kann ein Eisenstück gleicher Masse ein Rohr mit zwei Meter Länge in 1,5 Sekunden durchqueren, während ein starker NdFeB-Magnet circa 30 Sekunden benötigt.
Nach dem selben Effekt funktioniert auch die Wirbelstrombremse, mit der schnelle Züge und andere Hochleistungsfahrzeuge gebremst werden. Der Vorteil ist hier auf der einen Seite ein weiches Stoppen, da die Bremskraft mit abnehmender Geschwindigkeit auch immer schwächer wird, und auf der anderen Seite die gewaltige Bremskraft bei hohen Geschwindigkeiten.
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Nenne die Definition der Lenz'schen Regel.
TippsWas wird durch ein Magnetfeld in einem Leiter induziert?
Fließt auch ein Strom, wenn der Leiter in einem statischen Magnetfeld ruht?
LösungLaut Definition kann nur eine Spannung induziert werden. Diese bewirkt dann wiederum einen Elektronenfluss, also einen elektrischen Strom im Leiter. Ein Strom wird also nur indirekt durch die Spannung induziert.
Weiterhin wird eine Spannung nur induziert, wenn sich die Stärke des Magnetfeldes ändert, also nur, wenn sich der Leiter durch das Magnetfeld bewegt, das Magnetfeld manuell an und ausgeschaltet wird oder wenn das Magnetfeld durch eine Wechselspannung erzeugt wird, und damit seine Polung und Stärke periodisch ändert.
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Erkläre, wieso sich die Aluminiumfolie dreht.
TippsWas ist die Ursache?
Wie kann dieser entgegengewirkt werden?
LösungMan würde zuerst meinen, dass in diesem Fall durch die unterschiedliche Polung der Magnetfelder gleichnamige Pole aufeinander treffen. Dadurch müsste eigentlich die Aluminiumscheibe genau entgegengesetzt zum Magneten rotieren.
Jedoch muss für die Lenz'sche Regel immer die Ursache klar definiert werden. Es wird immer der Änderung des magnetischen Flusses entgegengewirkt. In diesem Fall also dem Geschwindigkeitsunterschied zwischen Magneten und Folie, also der Relativgeschwindigkeit des Magneten. Deshalb folgt die Folie dem rotierenden Magneten.
Die Bewegung der Alufolie geht nur deutlich langsamer als in der Animation gezeigt. Der Punkt würde dem schnell rotierenden Magneten etwas langsamer hinterher wandern.
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