20 Eine Änderung des Magnetfeldes bewirkt eine elektrische Spannung 11 Induktion Befindet sich eine Leiterschaukel in einem Magnetfeld, so bewegt sie sich, wenn der elektrische Strom ein- oder ausgeschaltet wird. Dabei ist der elektrische Strom die Ursache für die Bewegung im Magnetfeld. Du kannst nun untersuchen, ob du nicht Ursache und Wirkung vertauschen kannst. Dieses Experiment ist 1831 vom Engländer Michael Faraday1 zum ersten Mal durchgeführt worden und hat sich als eine der wichtigsten Entdeckungen der Physik herausgestellt. Versuch: Hänge eine Leiterschaukel nach Abb. 11.1 zwischen die Pole eines starken Hufeisenmagnets. Verbinde die Leiterenden mit einem empfindlichen Voltmeter, dessen Zeiger nach beiden Seiten ausschlagen kann. Setze die Schaukel in Bewegung und beobachte am Messgerät die Ausschläge des Zeigers! Was erkennst du daraus? Das Messgerät zeigt an, dass eine elektrische Spannung entsteht. Sie kann ihre Ursache nur in der Bewegung des Leiters im Magnetfeld haben. Diese Art der Spannungserzeugung heißt Induktion2 (induction). Durch die Bewegung eines Leiters im Magnetfeld wird eine elektrische Spannung erzeugt (induziert). Diese Spannung heißt Induktionsspannung, der von ihr in einem geschlossenen Stromkreis hervorgerufene Strom Induktionsstrom. Nun wollen wir die Gesetze, nach denen die Spannung induziert wird, näher untersuchen: Versuch: Bewege den Leiter zwischen den Polen des Hufeisenmagnets (Abb. 11.2). Beobachte, ob das Messgerät eine elektrische Spannung anzeigt! Die gesamte Leiterschleife setzt sich in unserem Fall aus der Leiterschaukel, den Zuleitungen und dem Messgerät zusammen. Eine Spannung wird nur dann induziert, wenn sich innerhalb dieser Leiterschleife die Stärke des Magnetfeldes ändert. Ist der Leiter außerhalb des Magnets, so erfasst die Leiterschleife das starke Magnetfeld zwischen den Polen Hufeisenmagnets nicht (Lage 1 in Abb. 11.3). Nach ihrer Bewegung in das Magnetfeld umschließt sie wieder fast vollständig das Magnetfeld des Magnets (Lage 2 in Abb. 11.3). Wenn der Leiter parallel zu den magnetischen Feldlinien bewegt wird, ändert sich das Magnetfeld in der Schleife nicht. Daher wird in diesem Fall keine Spannung induziert. Das Messgerät zeigt keinen Ausschlag. In einer Leiterschleife wird eine elektrische Spannung induziert, wenn sich das von der Schleife umschlossene Magnetfeld ändert. 1 Michael Faraday (1791–1867), engl. Erfinder und Forscher 2 inducere (lat.) … hineinführen Wie kann man elektrische Energie effizient zur Verfügung stellen? 11.1 Durch die Bewegung des Leiters im Magnetfeld wird im Leiter eine Spannung induziert. 11.2 Der Leiter bewegt sich parallel zu den Feldlinien des Hufeisenmagnets. 11.3 Bei der Bewegung ändert sich die Stärke des Magnetfelds innerhalb der Leiterschleife. 1 2 -1 +1 In der Lage 1 umfasst die Leiterschleife magnetischen Feldlinien. keine In der Lage 2 umfasst die Leiterschleife magnetischen Feldlinien. alle mV Nur zu Prüfzweck n – Eigentum des Verlags öbv
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