Physik compact, Basiswissen 7, Schulbuch

70 Elektromagnetische Felder und Kräfte 15 A1 Wiederhole, wovon die magnetische Induktion B einer Spule abhängt (siehe Seite 55)! A2 Wiederhole, was man unter dem magnetischen Fluss versteht! A3 Stelle selbst eine Formel auf, mit deren Hilfe man den magnetischen Fluss einer Spule berechnen kann! A4 Überlege, wovon die Höhe der Selbstinduktions- spannung abhängen könnte! Die gemessene Selbstinduktionsspannung lässt sich mit Hilfe des Induktionsgesetzes auch berechnen. Jede Windung der Spule wird vom magnetischen Fluss U , den die stromdurchflossene Spule selbst er- zeugt, durchdrungen. Wir erhalten daher für die Selbstinduktionsspannung U ind folgenden Ansatz: d d U N t ind $ U =- U ind … Selbstinduktionsspannung N … Windungszahl d d t U … zeitliche Änderung des magnetischen Flusses In stromdurchflossenen Spulen gilt für den magneti- schen Fluss U (siehe Aufgaben 1, 2, 3): l A N $ $ $ n U I = U …magnetischer Fluss durch die Spule A …Querschnittsfläche der Spule n …Permeabilität ( n 0 · n r ) N …Windungszahl I … Stromstärke l … Länge der Spule Aus beiden Gleichungen gemeinsam ergibt sich: d d U l N A t ind 2 $ $ $ n I =- A5 Rechne nach, ob die letzte angegebene Formel stimmt! Überprüfe auch die Einheiten! A6 Überlege, wie diese Formel für die Selbstinduk­ tionsspannung zu interpretieren ist! Der Proportionalitätsfaktor l N A 2 $ $ n hängt imWesent- lichen nur vom Aufbau der Spule samt ihrem Eisen- kern ab. Er ist somit kennzeichnend für die induktiven Eigenschaften der Spule; man bezeichnet ihn mit In- duktivität L der Spule (inductance of the coil) . Eine Spule hat eine Induktivität von 1 H, wenn bei einer gleichförmigen Änderung der Stromstärke von 1 A pro Sekunde eine Spannung von 1 V in der Spule induziert wird. A7 Überprüfe die Einheit der Induktivität durch Ein- setzen in die Formel für L ! A8 Verschaffe dir Informationen über Joseph Henry! A9 Interpretiere die obige Gleichung mit eigenen Worten! A10 Wodurch wird in der obigen Gleichung für die In- duktionsspannung die Lenz´sche Regel ausgedrückt? A11 Überlege dir eine Anordnung, mit deren Hilfe man die Induktivität einer Spule messen könnte! A12 Berechne die Induktionsspannung, die in einer Spule induziert wird, wenn sich die Stromstärke um 10 A · s –1 ändert (Länge 10 cm, kein Eisenkern, Durch- messer 2 cm, 600 Windungen)! L l N A 2 $ $ n = L …Induktivität n …Permeabilität ( n 0 · n r ) N …Windungszahl A …Querschnittsfläche der Spule l …Länge der Spule Einheit: [ L ] = V · s · A –1 = H (Henry) Induktivität L einer Spule Abb. 70.1 Durch Einschie- ben eines Eisenkerns lässt sich die Induktivität der Spule steigern. Aus dem Induktionsgesetz folgt für die Induktions­ spannung an einer Spule: d d U L t ind $ I =- U ind … Selbstinduktionsspannung L … Induktivität der Spule d d t I … zeitliche Änderung des Stroms durch die Spule Induktionsspannung Beispiel Zündfunken Beim Unterbrechen des Stromflusses durch Spulen kommt es aufgrund der raschen Änderung der Stromstärke zu hohen Selbstinduktionsspannun- gen. Diese Spannungen können wesentlich größer sein, als die ursprüngliche Spannung. Diesen Effekt benützt man zur Erzeugung von Zündfunken (Otto- motoren, Ölheizungen). Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv