Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

68 Elektromagnetische Felder und Kräfte 15 Selbstinduktion und Induktivität In den folgenden Versuchen wird eine Glimmlampe verwendet. Siebesteht aus einermit verdünntemEdel- gas gefüllten Glasröhre, in die zwei Metallelektroden eingebaut sind. Die Elektroden weisen so einen (ge- ringen) Abstand auf, dass ab einer Spannung von etwa 100 V (Zündspannung) eine Glimmentladung zwischen den Elektroden auftritt, die von einer schwa- chen Leuchterscheinung begleitet ist. Die Glimment- ladung tritt dann auf, wenn zwischen den Elektroden vorhandene Gasionen im elektrischen Feld so stark beschleunigt werden, dass sie beim Auftreffen auf an- dere Gasteilchen diese ionisieren (Stoßionisation) . Beobachtung: Beim Einschalten des Erregerstrom- kreises und solange der Erregerstrom fließt, leuchtet die Glimmlampe nicht. Bei der Unterbrechung des Er- regerstroms blitzt die Glimmlampe jedoch kurz auf. A1 Überlege, was an diesem Versuch erklärungswür- dig ist! Erklärung: Die Erregerspule baut, sobald sie vom Strom durchflossen wird, ein magnetisches Feld auf. Der gemeinsame Eisenkern beider Spulen bewirkt, dass das magnetische Feld auch die Induktionsspu- le durchdringt. Beim Öffnen des Schalters bricht das Magnetfeld rasch zusammen. Die Änderung des mag- 15.9 netischen Flusses durch die Induktionsspule ist dabei so groß, dass die induzierte Spannung die Zündspan- nung übersteigt. A2 Überlege, warum die Glimmlampe nicht leuchtet, solange der Strom durch die Erregerspule fließt! Beobachtung: Wieder kommt es bei raschen Ände- rungen des Stromflusses zu einem kurzen Aufleuch- ten der Glimmlampe, obwohl die Versorgungsspan- nung der Erregerspule weit unter der Zündspannung der Glimmlampe liegt. Erklärung: Das sich verändernde Magnetfeld indu- ziert auch in der Erregerspule eine Induktionsspan- nung. Diese Erscheinung nennt man Selbstindukti- on (self-inductance) . A3 Begründe die letzte Aussage mit Hilfe des Ener- gieerhaltungssatzes! A4 Überlege, welche Auswirkungen der geschlosse- ne Eisenkern auf den obigen Versuch hat! Wie könnte man deine Vermutungen überprüfen? A5 Überlege, woher die Energie stammen könnte, die die Glimmlampe nach dem Ausschalten des Strom­ kreises speist und so zum Leuchten bringt! Versuch Zündspannung Zwei Spulen (Erregerspule und Induktionsspule) haben einen gemeinsamen Eisenkern. An der In- duktionsspule ist eine Glimmlampe angeschlossen. Die Erregerspule wird mit Gleichspannung betrie- ben, die weit unter jener Spannung liegt, bei der die Glimmlampe zündet (Zündspannung). Abb. 68.1 Erregerspule Induktionsspule gemeinsamer Eisenkern Glimmlampe Glimmlampe Eisenkern Spule Abb. 68.2 Schaltskizze der Versuchs- anordnung Versuch Selbstinduktion Die Versuchsanordnung unterscheidet sich vom vorigen Versuch dadurch, dass die Glimmlampe mit der Erregerspule verbunden wird und auf eine eige- ne Induktionsspule verzichtet wird. Glimmlampe Eisenkern Spule Abb. 68.3 Abb. 68.4 Schaltskizze Die Selbstinduktion besteht in einer induktiven Rück- wirkung eines veränderlichen Stromes auf den eige- nen Leiterkreis. Entsprechend der Lenz´schen Regel ist die Selbstinduktionsspannung so gerichtet, dass sie dem felderzeugenden Strom entgegengesetzt ist. Selbstinduktion Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv