Big Bang HTL 3, Schulbuch

50 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) Strom erzeugt ein Magnetfeld! Das entdeckte C HRISTIAN Ø RSTED 1820 (Kap. 5.1, S. 44). Es wäre nur allzu logisch, dass auch umgekehrt Magnetismus Strom erzeugt. Das ist aber nicht so – die richtige Antwort auf F9 ist daher a). Viele Phy- siker zerbrachen sich über diese scheinbare Paradoxie den Kopf, unter anderem auch M ICHAEL F ARADAY (Abb. 5.25). 1831 konnte er das Rätsel aber lösen: Man kann zwar Strom in der Spule erzeugen, aber nur dann, wenn sich dabei das Ma- gnetfeld im Inneren verändert, etwa wenn man den Magneten bewegt (Abb. 5.26). Kurz gesagt: Ein veränderliches Magnetfeld erzeugt Strom. Und hier betritt man einen historisch bedingten Terminolo- gie-Dschungel: Den Effekt, dass ein veränderliches Magnet- feld Strom hervorruft, nennt man nämlich elektromagneti- sche Induktion oder kurz Induktion. Und das kann leicht zu einer Verwechslung mit der magnetischen Induktion füh- ren (siehe Kap. 5.3, S. 48). Um diesen gordischen Begriffs- knoten etwas zu lockern, wurden einige der Fachausdrücke in Tab. 5.2 einander gegenübergestellt. elektrische Feldstärke E Einheit V/m oder N/C Gibt die Stärke des elektrischen Feldes an. magnetische Induktion B Einheit Tesla Gibt die Stärke des magnetischen Feldes an und ist das Gegenstück zu E . Besser wäre somit der Begriff magnetische Feldstärke. Die unglückliche Begriffswahl ist historisch bedingt. elektromagnetische Induktion Allgemeiner Ausdruck für die Veränderung des Stroms bzw. der Spannung, wenn sich ein Magnetfeld in irgendeiner Weise ändert. Induktionsstrom Einheit A Durch ein veränderliches Magnetfeld hervorgerufener Strom. Induktionsspannung Einheit V Durch ein veränderliches Magnetfeld hervorgerufene Spannung. Magnetischer Fluss Φ Einheit Weber (Kap. 5.5, S. 51) Produkt der magnetischen Induktion B und der Fläche A , die davon durchsetzt wird, also B · A . Induktivität L Einheit Henry (Kap. 5.6, S. 53) Ähnlich wie die Kapazität das wichtigste Merkmal eines Kondensators ist, ist die Induktivität L das wichtigste Merkmal einer Spule. Je größer L , desto größer die Selbstinduktionsspannung (Kap. 5.6). Tab. 5.2: Gegenüberstellung einiger Fachausdrücke zum Elektromagnetismus Man sagt auch, Strom wird durch ein veränderliches Ma- gnetfeld induziert, also ausgelöst oder hervorgerufen. Man spricht daher von Induktionsstrom. Dieser Strom wird von der Induktionsspannung ausgelöst, und meistens wird die- se in den Gleichungen angegeben, beziehungsweise gemes- sen. Experiment: Induktionsspannung Abb. 5.24: Michael Faraday, der oft als bedeutendster Experimentalphysiker aller Zeiten bezeichnet wird. Induktionsspannung Im Originalexperiment verwendete F ARADAY einen Transfor- mator (siehe Abb. 6.40, S. 65). Wir verwenden eine Spule und einen Magneten (Abb. 5.26), aber das Prinzip bleibt gleich: Ein veränderliches Magnetfeld erzeugt eine Induktions- spannung. Versuche folgende Fragen zu beantworten: Was passiert mit der Spannung, wenn du … 1) … die Windungszahl der Spule veränderst? 2) … den Magneten unterschiedlich schnell bewegst? 3) … unterschiedlich starke Magnete verwendest? 4) … den Magneten ruhig hältst und die Spule bewegst? Deine Versuche werden dich zu folgenden Erkenntnissen gebracht haben: Die Induktionsspannung ist proportional zur Windungszahl ( N ), zur Geschwindigkeit des Magneten ( v ) und zur Stärke des Magneten ( B ). Ob du den Magneten bewegst oder die Spule, spielt allerdings keine Rolle. Formelmäßig würde man das so anschreiben: U ind ~ N · v · B e Abb. 5.25: Messung der Induktions- spannung Tonabnehmer Unter jeder Saite befinden sich Tonabnehmer (Abb. 5.27), kleine Spulen mit einem Magnetkern (Abb. 5.28). An der Stelle darüber werden dadurch die Saiten leicht magneti- siert. Durch die Saitenschwingungen entsteht dann ein ver- änderliches Magnetfeld und somit ein Induktionsstrom in der Spule, der an Verstärker und Lautsprecher weitergeleitet wird ( F11 ). i Abb. 5.26: Unter jeder Saite befinden sich elektromagnetische Tonabnehmer. Je nachdem, an welcher Stelle die Tonabneh- mer aktiviert werden, verändert sich der Klang der Gitarre. Abb. 5.27: Seitenansicht eines Tonabnehmers Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv