Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

65 15.8 Induktion Lenz´sche Regel (Lenz´s Law) A1 Wiederhole die Versuche von 15.8.1! A2 Überlege, welche Maschine man bauen könnte, wenn die Induktionsströme in den Versuchen von 15.8.1 in die andere Richtung fließen würden! Bei der Erklärung der elektromagnetischen Induktion spielt der Energieerhaltungssatz eine wesentliche Rolle. Er führt dazu, dass das Magnetfeld des Induk- tionsstroms NICHT zu einer Verstärkung des erregen- den Feldes führt. Vielmehr schwächt das Magnetfeld des Induktionsstroms das erregende Magnetfeld. Der Energieerhaltungssatz lässt keine unbegrenzte Auf- schaukelung des Induktionsstroms durch sein eige- nes Magnetfeld zu. Für alle elektromagnetischen Induktionserscheinun­ gen lässt sich sagen: Die Lenz´sche Regel ist gleichsam ein Ausdruck für die Gültigkeit des Energieerhaltungssatzes bei Induk­ tionsvorgängen. Dieses Entgegenwirken lässt sich in der dem Indukti- onsgesetz entsprechenden Gleichung durch ein Mi- nus ausdrücken: A3 Gib an, wie sich die Gleichung des Induktionsge- setzes für eine Spule schreiben lässt! A4 Verschaffe dir Informationen über Heinrich Lenz! 15.8.3 Bemerkung: Bei einem Generator wird durch Induk- tion aus mechanischer Energie elektrische Energie erzeugt. Für die Orientierung der Quellspannung des Generators ist zu beachten, dass jener Pol des Gene- rators, zu dem sich die Elektronen auf Grund der In- duktion hinbewegen, für einen Verbraucher zum Mi- nuspol wird. Ersetzt man die volle Scheibe durch eine durchbro- chene, kammartige Scheibe, so erfolgt die Abbrem- sung wesentlich langsamer. DieWirbelströme können sich in der durchbrochenen Scheibe offenbar nicht so stark ausbilden wie in der vollen Scheibe. Eine Anwendung für derartige Wirbelströme findet man in den sogenannten Wirbelstrombremsen, bei denen sich eine massive Metallscheibe im Spalt ei- nes Elektromagneten dreht. Bei Bedarf kann durch Einschalten des Magneten eine starke verzögernde Kraft auf die Scheibe ausgeübt werden. Solche Wir- belstrombremsen werden in Lastautos und Autobus­ sen eingesetzt. Sie sind immer dann von Vorteil, wenn lang anhaltende große Bremskräfte erforderlich sind und herkömmliche Reibungsbremsen durch Überhit- zen ihre Bremswirkung verlieren. A5 Überlege, in welche Energieformen die kinetische Energie bei einer Wirbelstrombremse übergeht! Der Induktionsstrom ist stets so gerichtet, dass seine Wirkung der Ursache des Induktionsstroms entge- gengesetzt ist. Lenz´sche Regel d d U t ind U =- U ind …induzierte Spannung U …magnetischer Fluss t …Zeit Induktionsgesetz Abb. 65.1 Regeln erleichtern die Arbeit!? Versuch Waltenhofen´sches Pendel Ein Pendel mit einer metallischen Scheibe als Pen- delkörper schwingt zwischen den Polen eines aus- geschalteten Elektromagneten hindurch. Nach dem Einschalten des Magneten kommt das Pendel rasch zum Stillstand, da im Pendelkörper durch Induktion sogenannte Wirbelströme (eddy currents) entste- hen. Die von diesen Induktionsströmen verursach- ten Magnetfelder wirken dem Feld des Elektromag- neten entgegen und bremsen so den Pendelkörper. Abb. 65.2 links: Waltenhofen´sches Pendel rechts: Modellversuch zur Wirbelstrombremse Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv