Sexl Physik 7, Schulbuch

| 76 R L Stromstärke I Zeit t 76.1 Enthält ein Stromkreis eine Spule, so beginnt nach dem Einschalten der Strom nur allmählich zu fließen. Je größer L ist, desto langsamer steigt der Strom. 3b 3c 2 2 1 3a 4 ~U 76.2 Induktion ermöglicht die Zündung der Leuchtstoffröhre. Die Elektronen, die aus den Glühelektroden (2) austreten, werden beschleunigt und regen durch Stoß die Queck- silberatome in der Röhre zur Emission von UV-Licht an, das in der Leuchtstoffschicht der Röhre in sichtbares Licht umgewandelt wird. (1) Röhre, (2) Elektroden, (3a) Drosselspule, (3b) Glimmlampe, (3c) Bimetall-Schalter, (4)  Entstörkondensator. 10 V= Weich- eisen- stab 250 Windungen 76.3 Thomson’scher Ringversuch Der Faktor N berücksichtigt dabei, dass die Flussänderung in jeder der N Windun- gen der Spule eine Spannung induziert. Setzen wir Φ ein, so folgt: U ind = – N · ( µN A I / l ) = – µN 2 A / l · = – L · . Die Größe L = µN 2 A / l wird Induktivität der Spule genannt und hängt vom Material des Spulenkerns ab. Bei jeder Veränderung des Stromes durch eine Spule tritt eine induzierte Spannung U ind auf. Wegen der Lenz’schen Regel wirkt sie der Änderung des Stroms entgegen. Ändert sich der Strom in einer Spule, so wird die Spannung U ind = – L · induziert, welche der Änderung des Stromes entgegenwirkt. Die Konstante L heißt Induktivität der Spule. Die Einheit der Induktivität ist V·s/A  und wird als Henry ( H ) bezeichnet. Eine Spule hat also eine Induktivität L = 1 H , wenn eine gleichmäßige Änderung des Stromes um 1 A pro Sekunde an ihren Enden eine Spannung von 1 V induziert. Ein- und Ausschaltvorgänge Geben wir eine Spule in den Stromkreis einer Batterie, dann wirkt bei einer Strom- stärkenänderung die in der Spule induzierte Spannung U ind der Batteriespannung U entgegen. Die resultierende Spannung bestimmt die Stromstärke ( 76.1 ): U + U ind = I · R , also U = I · R + L ·d I /d t . Nach dem Einschalten ( I ≈ 0 ) wächst der Strom zunächst linear mit der Zeit, seine Zunahme wird mit wachsendem Strom I immer geringer. Der Höchstwert ist durch den Ohm’schen Widerstand R des Stromkreises bestimmt. Besonders hohe Induktionsspannungen treten in Stromkreisen beim plötzlichen Ausschalten auf, da die Stromänderung hierbei große Werte erreicht. Dadurch kann es zur Funkenbildung kommen. Technisch wird dies z. B. in der Zündspule (Ben- zinmotor) oder im Zündmechanismus von Leuchtstofflampen ausgenützt. ( 76.2 ) Leuchtstoffröhre – Funktion des Starters: Leuchtstoffröhren sind Gasentladungsröhren, die Spuren von Quecksilberdampf enthalten. Elektronen werden zwischen den Elektroden der Röhre beschleunigt und regen durch Stöße Hg-Atome zur Emission von UV-Licht an, das in der flu- oreszierenden Beschichtung der Röhre in sichtbares Licht umgewandelt wird. Um die Lampe in Betrieb zu nehmen, braucht man den Starter. Die Leuchtstoff- röhre und der Starter sind parallel geschaltet. Der Starter besteht aus einer Glimmlampe, deren Elektroden einen Bimetallschalter bilden. Beim Einschalten zündet zunächst die Glimmlampe, durch deren Erwärmung sich der Bimetall- schalter schließt. Dieser schließt die Glimmlampe kurz und ein kräftiger Strom heizt kurzzeitig die Glühwendeln der Leuchtstoffröhre, so dass aus ihnen Elek- tronen austreten. Der Schalter kühlt aus und unterbricht den Stromkreis. Durch die Selbstinduktion der Spule entsteht ein Spannungsstoß, der die Gasentladung in der Leuchtstoffröhre zündet: Durch die angelegte Spannung U werden Elekt- ronen zwischen den Elektroden hin und her beschleunigt. Da der Widerstand in einer Gasentladung mit zunehmender Stromstärke abnimmt, begrenzt die Dros- selspule den Strom durch die Leuchtstoffröhre. Demoexperiment: Thomson’scher Ringversuch 76.1 Auf einen Eisenkern, der aus einer Spule herausragt, wird ein Aluminiumring ver- schiebbar aufgesteckt. Beim Einschalten der Spule wird der Ring weggeschleudert ( 76.3 ). Der rasch anwachsende magnetische Fluss Φ induziert im Ring einen Strom, der seiner Ursache entgegenwirkt. Er fließt daher dem Spulenstrom entgegengesetzt, das Magnetfeld des Ringes ist dem Feld der Spule entgegengesetzt gerichtet, der Ring wird daher abgestoßen. Nur zu Prüfzwecken – Eigentum d s Verlags öbv