Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

64 Elektromagnetische Felder und Kräfte 15 Bisher haben wir nur solche Fälle untersucht, bei de- nen die Änderung des magnetischen Flusses auf eine Änderung der durchdrungenen Fläche zurückzufüh- ren ist. Es liegt daher nahe, experimentell zu untersu- chen, ob auch bei einer räumlich unveränderlichen Anordnung allein durch eine Änderung der magneti- schen Induktion B eine Induktionsspannung entsteht. A1 Wiederhole, wovon die Stärke eines Elektromag- neten abhängt! Die Versuchsergebnisse lassen sich in folgender For- mel zusammenfassen: U N t B ind $ + D D U ind … Induktionsspannung N … Windungszahl D B … Änderung der magnetischen Induktion D t … Zeitintervall A2 Fasse die obige Formel in eigene Worte! A3 Bestimme die Einheit der fehlenden Proportiona- litätskonstante! Die folgende Formel fasst die Ergebnisse zusammen. Wesentlich für die Gültigkeit der Gleichung ist, dass sich die räumliche Anordnung der Versuchsanordnung während des Versuchs nicht ändert, damit die vomMa- gnetfeld durchflossene Fläche A konstant bleibt: U N A t B ind $ $ + D D U ind … Induktionsspannung N …Windungszahl D B …Änderung der magnetischen Induktion D t …Zeitintervall A … Fläche Im Allgemeinen hingegen resultiert eine Änderung des magnetischen Flusses ( D U ) aus einer Änderung der durchflossenen Fläche ( D A ) und einer Änderung der magnetischen Induktion ( D B ). In beiden Fällen wird Spannung induziert. A4 Unter welchen Bedingungen wird Spannung in- duziert? Formuliere das Induktionsgesetz verbal und formal! Beschreibe mit eigenen Worten zwei unter­ schiedliche Versuchsanordnungen zur Induktion! A5 Begründe folgende Formel: d d d d U N A t B t A B ind $ $ $ + + c m Versuch Induktionsgesetz 1. Mit Hilfe eines Elektromagneten wird ein magne- tisches Feld erzeugt. Durch Veränderung des Stroms der Stärke I , der die Spule des Elektromagneten (Erregerspule) speist, kann man auch die Größe der magnetischen Induktion B variieren. Neben der Spule des Elektromagneten bringt man eine zweite Spule, an die ein Voltmeter angeschlossen ist (In- duktionsspule) an. Stromquelle mit veränderlicher Stromstärke Voltmeter misst U ind felderzeugende Spule Induktionsspule Abb. 64.1 Es zeigt sich, dass es bei einer ansteigenden Stromstärke in der Erregerspule zu einer Induktion von Span- nung in der Induktionsspule kommt. Der Betrag der Indukti- onsspannung ist dabei umso höher, je schneller der Strom in der Erregerspule anwächst, das heißt, je schneller die magneti- sche Induktion B wächst: U t B ind + D D 2. Führt man den Versuch mit Induktionsspulen durch, die sich von der vorher verwendeten Induk- tionsspule nur durch die Anzahl ihrer Windungen unterscheiden, so erkennt man, dass die Indukti- onsspannung proportional zur Windungszahl N der Induktionsspule ist. Stromstärke I Zeit t Zeit t 3 2 1 1 2 3 I t Induktionsspannung U ind Die induzierte Spannung ist proportional zur Ände- rung des magnetischen Flusses durch die Spule und zur Windungszahl der Induktionsspule. U N t U N A t B t A B ind ind $ $ $ $ + + D D D D D D U + c m U ind … induzierte Spannung N …Windungszahl D U …Änderung des magnetischen Flusses D t …Zeitintervall A …durchflossene Fläche B …magnetische Induktion Induktionsgesetz Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv