Big Bang HTL 3, Schulbuch

Elektrische Ströme und Magnetfelder 5 Ausgewählte Kapitel der klassischen Physik (III. Jg., 5. Sem.) 53 Wenn man ein Metallpendel zwischen den Polen eines Ma- gneten schwingen lässt, dann entstehen in seinem Inneren Wirbelströme. Diese elektrischen Ströme werden deshalb so genannt, weil sie wie Wirbel in sich selbst geschlossen sind. Sie erzeugen Magnetfelder, die so gerichtet sind, dass sie die Bewegung des Pendels bremsen (Abb. 5.35 a). Auf dem Prinzip der Wirbelströme beruhen die Bremsen von Zügen und Straßenbahnen, aber auch die Münzprüfung und der Tachometer ( F13 ). Info: CLIL – Coin acceptor and tachometer Experiment: Der langsame Fall Zusammenfassung Wenn sich in einer Leiterschleife der magnetische Fluss ir- gendwie verändert, dann wird in ihr eine Spannung induziert. Das induzierte Magnetfeld wirkt seiner Ursache entgegen. 5.6 Das verspätete Lämpchen Selbstinduktion Ein- und Ausschalten des Stroms führt zu einem paradoxen Effekt, den man Selbstinduktion nennt. Ohne diesen würde ein Benzinauto nicht fahren. Abb. 5.34: Das induzierte Magnetfeld in der Spule wirkt immer gegen seine Ursachen, in diesem Fall gegen die Bewegung des Stabmagneten. Abb. 5.35: Wirbelströme im Inneren bremsen das Pendel (a). In einem kammartigen Pendel (b) gibt es kaum Wirbelströme und somit auch keine Abbremsung. Z Die Zündkerzen in einem Ottomotor brauchen 15.000 V, damit sie Funken erzeugen können. Die Batterie liefert aber nur 12 V. Wie geht das? Bau eine Schaltung wie in Abb. 5.37 auf. Wie leuchten die beiden Lampen auf, wenn du den Strom einschal- test? Was könnte der Grund dafür sein? F14 A2 F15 B1 Abb. 5.36: Links: ein Ohm’scher Widerstand; rechts: eine Spule mit Kern Wenn man den Strom in der Schaltung schließt (Abb. 5.37), dann passiert etwas Paradoxes. Der plötzliche Stromfluss bedeutet eine Änderung des Magnetfeldes der Spule. Das erzeugt wiederum eine Induktionsspannung in der Spule (Kap. 5.5). Nach der Lenz’schen Regel muss diese aber ge- gen ihre Ursache wirken, also gegen die von außen ange- legte Spannung. Diesen Effekt nennt man Selbstinduktion, und durch ihn wird das Ansteigen des Stroms gebremst (Abb. 5.38). Daher leuchtet die rechte Lampe verzögert auf ( F15 ). Beim Ausschalten ist die Änderung des Stromflusses noch abrupter und daher auch die Induktionsspannung. Mit Hilfe dieses Effektes kann man sehr hohe Spannungen erzeugen, etwa beim Starter einer Leuchtstoffröhre oder für die Zünd- kerzen im Benzinmotor. Die Selbstinduktionsspannung ist umso größer, je größer die sogenannte Induktivität der Spule ist. Ähnlich wie die Kapazität das wichtigste Merkmal eines Kondensators ist, ist die Induktivität das wichtigste Merkmal einer Spule. Info: Zündspule -> S. 54 Info: Induktivität -> S. 54 Abb. 5.37: Stromstärke und Selbstinduktionsspannung in der Spule beim Ein- und Ausschalten des Stroms Formel: Selbstinduktionsspannung U ind = – L · ∆ l __ ∆ t U ind …. Induktionsspannung [V] L … Induktivität einer Spule [H] (Henry) I … Stromstärke [A] t … Zeit [s] Zusammenfassung Die Größe der Selbstinduktionsspannung einer Spule beim Ein- und Ausschalten wird von ihrer Induktivität bestimmt. Diese ist die wichtigste Eigenschaft einer Spule, vergleich- bar mit der Kapazität eines Kondensators. F Z Nur zu Prüfzwecken – Eige tum des Verlags öbv