Induktionsgesetz (Übungsvideo)

Induktionsgesetz (Übungsvideo) Übung

• Beschreibe wie Induktion entsteht, bzw. was sie ist.

  Tipps

  Eine Relativbewegung ist eine Bewegung, bei denen sich Objekte entweder aufeinander zu oder voneinander weg bewegen.

  Lösung

  Mithilfe der Induktion kann man z.B. in einer Spule einen Strom erzeugen. Elektromotoren und Generatoren laufen mit diesem Prinzip.

  Ein Induktionsstrom entsteht, wenn sich das Magnetfeld in der sich die Spule befindet zeitlich ändert. Das ist der Fall, wenn man z.B. die Spule aus dem Magnetfeld rein und raus bewegt.

  Ist das Magnetfeld konstant, entsteht kein Induktionsstrom.

• Nenne die Größen deren Änderung eine Spannung induziert, wobei alle anderen Größen konstant bleiben.

  Tipps

  Bedenke, dass alle anderen Größen jeweils gleich bleiben, wenn sich eine der Größen ändert.

  Lösung

  Was muss man tun, um eine Induktionsspannung zu erzeugen?

  Man muss im Wesentlichen das Magnetfeld, dem die Spule ausgesetzt ist, verändern. Das erreicht man, indem man die Magnetfeldstärke verändert oder die Spule aus dem Magnetfeld oder weiter hinein bewegt.

  Ändert man schlagartig die Polung des Feldes, so ändert sich die Flussrichtung. Da aber ohne Veränderung der Feldstärke kein Strom fließt, ist das egal.

• Erkläre den Kommutator.

  Tipps

  Der Kommutator ist das drehende Bauteil im Inneren eines elektrischen Generators.

  Lösung

  Kommutatoren sind ein zentrales Bauteil in Elektrogeneratoren und Motoren.

  Im Elektromotor wechselt er die Polung zweier Elektromagneten im „Läufer", dem drehenden Teil des Motors, der auch der Kommutator ist. Dadurch entsteht immer eine Abstoßung/Anziehung zwischen den Magneten.

  Richtig abgestimmt entsteht so eine Drehung, womit dann etwas betrieben werden kann.

  Als Generator wird der Läufer gedreht, wodurch in den Spulen ein Strom entsteht. Dort, wo vorher Strom zur Bewegung benötigt wurde, wird nun Strom hingeleitet und dadurch z.B. eine Batterie aufgeladen.

• Erkläre die Lenz'sche Regel.

  Tipps

  Die Lenz'sche Regel kann man sich mit der Rechte-Hand-Regel verdeutlichen. Sie beschreibt genau das, was die Lenz'sche Regel besagt.

  Lösung

  Die Lenz'sche Regel kennst du vielleicht als Rechte-Hand-Regel. Sie sagt aus, in welche Richtung der induzierte Strom fließt.

  Genau gesagt erzeugt ein Magnetfeld ein elektrisches Feld, das senkrecht dazu steht. Dieses Feld erzeugt ein Magnetfeld, welches wieder senkrecht zum E-Feld steht und damit dem ursprünglichen Magnetfeld entgegen wirkt.

  Das Magnetfeld wird also geschwächt und ein Induktionsstrom baut sich auf.

• Nenne die Positionen, an denen Spannungsmaxima gemessen werden.

  Tipps

  Induktionsspannung entsteht nur, wenn sich das Magnetfeld verändert.

  Lösung

  Steckt man einen Magneten in eine Spule, kann man eine Induktionsspannung messen. Aber wann und unter welcher Bedingung?

  Bedingung ist, dass sich das Magnetfeld verändert, es also schwächer oder stärker wird. Das passiert nur, wenn sich der Magnet bewegt. Bei den Bildern bei denen sich der Magnet nicht bewegt, fließt also auch kein Strom.

• Berechne den Widerstand der Spule.

  Tipps

  Die Berechnung des Widerstands ist auch hier vielleicht einfacher als die Aufgabe es suggeriert.

  Lösung

  Auch Spulen haben Widerstände.

  Dass hier der Schalter geöffnet wird, durch den ein Induktionsstrom frei wird und durch den Widerstand $R_2$ fließt, ist für diese Aufgabe egal.

  Deshalb wurde der Strom vor dem Öffnen des Schalters thematisiert.

  Bei der Lösung hilft dir die Formel $U=R\cdot I$:

  $R=\dfrac{U}{I}=\dfrac{12~\text{V}}{0,06~\text{A}}=200~\Omega$

  Die Spule hat also auch eine Widerstand von $R_1=200~\Omega$.