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Lenz'sche Regel – Polung der Induktionsspannung 08:25 min

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Transkript Lenz'sche Regel – Polung der Induktionsspannung

Hallo, wir wollen uns heute mit der Polung der Induktionsspannung und der Richtung des Induktionsstromes beschäftigen sowie die Lenz´sche Regel kennenlernen und sie bei der Induktion anwenden. Du solltest dazu über die Ursachen der elektromagnetischen Induktionen Bescheid wissen. In diesem Zusammenhang wiederholen wir einige ihrer Gesetzmäßigkeiten. Wir lernen heute, dass die Induktionsspannung eine Polung hat, dass der Induktionsstrom eine Richtung besitzt und wie die Lenz´sche Regel lautet. Wir zeigen dir hier einige Experimente zur elektromagnetischen Induktion. Du kannst dir die Bilder ansehen und entscheiden, welche der jeweiligen Spannungen größer als die andere ist. In allen schematisch dargestellten Experimenten ist die Geschwindigkeit V der Magneten gleich groß. Du kannst das Video anhalten und die Zeichen kleiner oder größer setzen. Wenn du auf weiter klickst, erfährst du die Lösung. Und hier ist die Lösung: u eins ist kleiner als u drei, da die Windungszahl von Spule drei größer ist als die von Spule zwei. U zwei ist größer als u eins, da der entsprechende Magnet und damit die Magnetfeldänderung größer ist. U vier ist größer als u zwei, da der Spulenquerschnitt von Spule vier größer ist als der von Spule zwei. U eins ist kleiner als u vier, da Magnetfeldänderung und Spulenquerschnitt von Spule vier größer sind als Magnetfeldänderung und Spulenquerschnitt von Spule eins. Wir führen noch einmal den schon bekannten Versuch zur Entstehung einer Induktionsspannung durch. Dabei beachten wir jetzt die Zeigerausschläge im Zusammenhang mit der Bewegungsrichtung. Wir stellen fest, dass nach der Umkehrung der Bewegungsrichtung auch die Richtung des Zeigers, des Spannungsmessgerätes sich ändert. Dieser Richtungsänderung entspricht einer Änderung der Polarität der Induktionsspannung. Wir ändern jetzt die Versuchsanordnung. Anstelle der Induktionsspule benutzen wir einen leichten Ring aus Aluminium. Wir denken uns den Ring an zwei Schnüren beweglich aufgehängt. Nun wird der Magnet in den geschlossenen Ring hinein bewegt. Dabei beobachten wir, dass der Ring dem Magneten ausweicht. Ziehen wir den Magneten zurück, so folgt der Ring dem Magneten. Wird derselbe Versuch mit einem geschlitzten Aluminiumring durchgeführt, so bleibt der Ring in Ruhe. Wir wollen nun das Versuchsergebnis erklären. Dazu sehen wir uns vorab das Modell zur Darstellung magnetischer Felder um Strom durchflossener Leiter an. Wir wissen ja, dass jeder elektrische Strom von einem Magnetfeld umgeben ist. Umfassen wir den Leiter so mit der rechten Hand, dass der ausgestreckte Daumen in Richtung des Leiters zum Minuspol zeigt, so geben die gekrümmten Finger die Richtung der magnetischen Feldlinien an. Eine weitere nützliche Darstellung des Verlaufs magnetischer Feldlinien zeigt die Abbildung der Rechten-Faust-Regel in einer Aufsicht. Im linken Bild fließt der Strom in die Zeichenebene hinein. Wir erkennen das am kleinen Kreuz in der Mitte. Wird die Rechte-Faust-Regel hier angewendet, so folgt sofort die Richtung der Magnetfeldlinien. Analog gilt für das rechte Bild: der Strom fließt aus der Zeichenebene heraus und mit der rechten Faustregel folgt auch die Richtung der Feldlinien des Magnetfeldes. Wenden wir uns nun wieder der Versuchserklärung zu. Unsere Induktionsversuche haben bei einer Relativbewegung zwischen Magnet und Spule zum Entstehen einer Induktionsspannung und damit auch zu einem Induktionsstrom geführt. So entsteht beim Bewegen des Magneten im Ring ein Induktionsstrom, im Bild durch blaue Pfeile dargestellt. Nun erinnern wir uns: Jeder Strom ist auch wieder von einem Magnetfeld umgeben. Da der Ring dem Magneten ausweicht, also Abstoßung entsteht, müssen die Feldlinien so verlaufen, dass sich zwei gleichnamige Pole gegenüberstehen. Damit muss der Induktionsstrom so gerichtet sein, dass er seiner Ursache entgegenwirkt. Wir prüfen unsere Aussage für das Herausziehen des Magneten aus dem Ring. Der Ring folgt der Bewegung des Magneten. Es tritt in diesem Fall Anziehung auf. Der Induktionsstrom ist also so gerichtet, dass sich unterschiedliche Pole gegenüberstehen. Wir sehen das hier auf dem zweiten Bild. Damit ist der Induktionsstrom wieder so gerichtet, dass er seiner Ursache entgegenwirkt. In beiden gezeigten Versuchen wird die Bewegung des Magneten behindert. Dieser Sachverhalt kann verallgemeinert werden und wird als Lenz’sche Regel bezeichnet. Diese lautet: Der Induktionsstrom ist so gerichtet, dass er seiner Ursache entgegenwirkt. Wir wollen nun an zwei Experimenten die Lenz´sche Regel anwenden. Wir nehmen einen langen Eisenkern und stecken ihn in eine Spule. Über den Eisenkern wird ein Aluminiumkern geschoben. Wird der Stromkreis der Spule geschlossen, so wird der Aluminiumring nach oben katapultiert. Ein Ring mit einem Schlitz zeigt diesen Effekt nicht. Beim Einschalten des Stromkreises baut sich das Magnetfeld der Spule auf. Dieses erzeugt einen Induktionsstrom im Aluminiumring, dessen Magnetfeld gemäß der Lenz´schen Regel so gerichtet ist, dass eine Abstoßung erfolgt. Im zweiten Experiment benutzen wir zwei etwa ein Meter lange Rohre aus Plastik und aus Kupfer. Zwei Plastikkugeln fallen gleichzeitig durch die Rohre. Beide Kugeln schlagen auf den Boden gleichzeitig auf. Nun wählen wir zwei magnetisierte Stahlkugeln und lassen sie wieder gleichzeitig durch die Rohre fallen. Die Kugel, die durch das Plastikrohr fällt, schlägt zuerst auf, erst deutlich später als die Kugel, die durch das Kupferrohr gefallen ist. Wie kommt das? Die magnetisierte Kugel erzeugt beim Fallen durch das Kupferrohr in der Kupferröhre Induktionsströme, die gemäß der Lenz´schen Regel so gerichtet sind, dass die Bewegung in Folge Abstoßung der Magnetfelder deutlich gehemmt wird. Wir fassen zusammen: Eine Induktionsspannung hat eine Polung und ein Induktionsstrom hat eine Richtung. Für den Induktionsstrom gilt die Lenz´sche Regel. Der Induktionsstrom ist so gerichtet, dass er seiner Ursache entgegenwirkt. Das war's für heute. Ich hoffe dir hat es etwas Spaß gemacht und du hast alles verstanden.

12 Kommentare
  1. wäre es möglich das nächste mal nicht so monoton und gelangweilt zu reden?

    Von Kgillo, vor mehr als einem Jahr
  2. @Marenb04

    Was hattest du den ausgewählt?

    Von Karsten Schedemann, vor mehr als 2 Jahren
  3. nein wurde sie nicht

    Von Marenb04, vor mehr als 2 Jahren
  4. @Salome, danke für den Hinweis, die Aufgabe wurde korrigiert.

    Von Karsten Schedemann, vor mehr als 2 Jahren
  5. Bei der Übung Teil 2 ist ein kleiner Fehler unterlaufen, glaube ich. Die Frage heißt: Nenne die Einflussgrößen der Induktionsspannung und nach mehrmaligem versuchen wird mir immer noch angezeigt, dass die Länge der Spule ausschlaggebend ist, die Querschnittsfläche allerdings nicht. Unten im Erklärtext ist es dann allerdings richtig (die Länge macht keinen Unterschied, etc.). Das verwirrt ziemlich.

    Von Salome E., vor mehr als 2 Jahren
  1. Ich versteht nix..

    Von Hotelcafeloewen, vor mehr als 4 Jahren
  2. Vielen Dank super video!

    Von Antares93, vor mehr als 4 Jahren
  3. muss man echt sagen ! das ist ein super video !!! klasse

    Von M C Schoen, vor etwa 5 Jahren
  4. sehr gut erklärt ;)

    Von Tobias Drube, vor mehr als 5 Jahren
  5. dieses Thema hab ich sonst nie kapiert aber durch Ihr Video hab ich es echt gut verstanden Danke :D

    Von Viki Luvs Usa, vor fast 6 Jahren
  6. Wow durch Ihr Video habe ich das Thema perfekt verstanden Dankeschön :)

    Von Deleted User 32417, vor fast 6 Jahren
  7. Dankeschön!! Das Video war wirklich hilfreich :)

    Von Confetti, vor etwa 6 Jahren
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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.

  • 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.

  • 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.

  • 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).

  • 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.