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Lenz'sche Regel – Polung der Induktionsspannung

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Die Autor*innen
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Wolfgang Tews
Lenz'sche Regel – Polung der Induktionsspannung
lernst du in der 9. Klasse - 10. Klasse

Lenz'sche Regel – Polung der Induktionsspannung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Lenz'sche Regel – Polung der Induktionsspannung kannst du es wiederholen und üben.
  • Zeige, welche Aussagen über die Induktion zutreffen.

    Tipps

    Es gibt einen Plus- und einen Minuspol.

    Ein Strom fließt entlang eines Elektronengradients.

    Der Induktionsstrom wirkt stets seiner Ursache entgegen.

    Lösung

    Für die Induktionsspannung und den Induktionsstrom gelten einige grundlegende Annahmen.

    So hat die Induktionsspannung eine Polung, das heißt, es gibt einen Plus- und einen Minuspol. Diese ist abhängig von der Richtung, in der wir den Magneten in eine Spule einbringen. Tritt beim Eintritt des Magneten eine Polung von Plus nach Minus auf, so muss beim herausnehmen eine umgekehrte Polung vorliegen, also Minus nach Plus.

    Der Induktionsstrom fließt dann in der Spule entsprechend der Polung immer von Minus nach Plus. Wobei die effektive Stromrichtung variabel ist. Ändert sich die Polung, so ändert sich auch die Richtung des Stroms. Festzuhalten ist: Der Induktionsstrom hat eine Richtung.

    Dieser Strom und seine Wirkung ist in der Lenz'schen Regel genauer beschrieben. Diese besagt:

    Der Induktionsstrom ist stets so gerichtet, dass dieser seiner Ursache entgegenwirkt.

  • Nenne die Einflussgrößen auf die Induktionsspannung.

    Tipps

    Es kommt auf die Anzahl der von der Spule umschlossenen Magnetfeldlinien an.

    Lösung

    Die Stärke der in einer Spule induzierten Spannung ist von mehreren Faktoren abhängig:

    Im Einzelnen sind dies die Stärke der Magnetfeldänderung, die Anzahl der Windungen und die Querschnittsfläche der Spule.

    Dabei nimmt die induzierte Spannung mit den oben genannten Größen proportional zu:

    Verdoppelt sich die Windungszahl, verdoppelt sich die induzierte Spannung.

    Halbiert sich die Querschnittsfläche, so halbiert sich auch die induzierte Spannung.

    Dabei kommt es auf die Anzahl der von der Spule umschlossenen Magnetfeldlinien an: Je mehr Feldlinien diese umschließt, desto größer der Induktionseffekt.

    Da sich die Anzahl der umfassten Feldlinien zwischen einer langen und kurzen Spule nicht ändert, nimmt die Länge der Spule keinen Einfluss auf die induzierte Spannung.

  • Bestimme jeweils die Richtungen des Induktionsstroms oder des Magnetfeldes.

    Tipps

    Es gilt die Rechte-Faust-Regel.

    Der Daumen repräsentiert die Richtung des Stromes.

    Die übrigen Finger deuten die Ausrichtung des Magnetfeldes an.

    Lösung

    Halte deine rechte Hand vor dich, so als würdest du eine Flasche Limonade halten. Nun strecke den Daumen senkrecht nach oben aus.

    Schon hast du alle Voraussetzungen geschaffen, die Rechte-Faust-Regel anzuwenden. Dein Daumen stellt die Richtung des Stromes (Plus nach Minus) dar und deine übrigen Finger die Richtung der entstehenden Magnetfeldlinien.

    Damit überhaupt ein Magnetfeld um einen Leiter entsteht, muss zunächst einmal ein Strom fließen. Fließt kein Strom, wird auch kein Magnetfeld erzeugt. Das heißt aber auch: Jeder Strom erzeugt ein Magnetfeld, egal wie klein es auch sein mag.

    Fließt ein Strom nun von oben nach unten (zeigt auch der Daumen nach unten), so deuten die restlichen Finger in *Richtung des Uhrzeigersinns. Dies entspricht der Ausrichtung der Magnetfeldlinien.

    Dasselbe gilt natürlich auch andersrum: Zeigt dein Daumen nach oben, zeigen die anderen Finger entgegen dem Uhrzeigersinn.

  • Erkläre, warum ein geschlitzter Leiterring nicht beeinflusst wird.

    Tipps

    Ein Strom kann nur im geschlossenen Stromkreis fließen.

    Der Induktionsstrom fließt als Folge der Induktionsspannung.

    Die Lenz'sche Regel besagt, dass ein Induktionsstrom stets seiner Ursache entgegen wirkt.

    Lösung

    Um zu erklären, warum ein geschlitzter Leiterring nicht von einer Magnetfeldänderung beeinflusst wird, müssen wir die Lenz'sche Regel in zwei Fällen betrachten:

    Im einfachsten Fall, ist der Ring ungeschlitzt. Wird nun das anliegende Magnetfeld geändert, wird eine polarisierte Spannung induziert. Als Folge davon fließt ein Induktionsstrom , der selbst ein Magnetfeld erzeugt. Das erzeugte Magnetfeld ist dabei seiner Ursache (anliegendes Magnetfeld) entgegen gerichtet.(Lenz'sche Regel).

    In einem geschlitzten Ring wird nun bei Magnetfeldänderung ebenfalls eine Spannung induziert, jedoch kann kein Strom fließen, da der Leiterring unterbrochen ist. Es liegt also kein geschlossener Stromkreis mehr vor. Es wird kein Magnetfeld erzeugt, welches seiner Ursache entgegenwirken könnte und der geschlitzte Ring bleibt unbeeinflusst.

  • Gib die Lenz'sche Regel an.

    Tipps

    Diese Regel kann man etwa mit dem Thomson'schen Ringversuch beweisen.

    Ein Induktionsstrom erzeugt ein Magnetfeld.

    Lösung

    Die Lenz'sche Regel besagt:

    Der Induktionsstrom ist stets so gerichtet, dass er seiner Ursache entgegenwirkt.

    Genauer bedeutet das, dass die Änderung der Dichte der Magnetfeldlinien in einer Leiterschleife eine Induktionsspannung erzeugt. Der daraus resultierende Strom erzeugt wiederum ein Magnetfeld, welches dem ursprünglichen Magnetfeld (Dichte der Magnetfeldlinien) entgegenwirkt.

    Diese Regel kann man etwa beim Thomson'schen Ringversuch beobachten. Hier bremst das Magnetfeld aus dem Induktionsstrom den freien Fall einer elektrisch geladenen Kugel ab.

  • Analysiere die Intensität der Auslenkung.

    Tipps

    Es muss ein Strom als Folge der Induktionsspannung fließen können.

    Die induzierte Spannung und der induzierte Strom sind eng miteinander verbunden.

    Lösung

    Die Stärke des Magnetfeldes, welches von der Spule (Ring) erzeugt wird, ist abhängig von dessen Windungszahl und Querschnittsfläche.

    Dabei ist es zunächst einmal notwendig, dass überhaupt ein Strom als Folge der Induktionsspannung fließen kann. Ist der Ring also geschlitzt, so fließt kein Strom und es entsteht kein Magnetfeld.

    Je mehr Windungen (Ringe) dann vorhanden sind, desto stärker ist das induzierte Magnetfeld und desto stärker ist der Effekt nach der Lenz'schen Regel.

    Deshalb wird ein doppelter Ring stärker beeinflusst (bei gleicher Magnetfeldänderung).

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