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gehe zu: Induktionsgesetz-1.Teil Einleitung In der
Physik versteht man unter der Induktion die Erzeugung einer elektrischen
Spannung. Dies kann durch Flächenänderung (Induk- tionsgesetz
1.Teil) oder durch Magnetfeldänderung passieren (Induk- tionsgesetz
2.Teil). Beide Teile des Induktionsgesetzes werden dann über den
magnetischen Fluss zu einem Induktionsgesetz zusam- mengeführt. Dieses
Vorgehen hat den Vorteil, dass man zunächst an bekannter Physik
anknüpfen kann. Alle Spannungserzeugungen durch Flächen- änderung
beruhen auf Bewegungen und können damit über die Lorentzkraft
erklärt werden. Hinweis: Meine Benennung der Teile des Induktionsgesetzes
wird üblicherweise benutzt, nur Benno Köhler ver- tauscht die Benennung in seinen Videos! Flächenänderung
durch Drehung Wir
haben ja schon den Gleichstrommotor
kennengelernt. Bei diesem Motor
wird durch Zuführung von elektrischer Energie kinetische Ener- gie,
also Bewegung, erzeugt. Man kann
diesen Prozess jetzt umkehren und erhält dann einen Generator,
also ein Gerät, welchem Bewegungsenergie zugeführt wird, so
dass elektrische Energie gewonnen wird. Folgende
Videos zeigen einmal solche einfachen Generatoren:
weiteres Material:
Erklärung der
Spannungserzeugung (drehende Spule) Wir
benutzen zur Erläuterung folgende Abbildungen.
In der
Leiterschleife befinden sich überall freie Elektronen. Der obere Leiterteil
bewegt sich mit den Elektronen auf uns zu, der untere Leiter- teil mit
den Elektronen von
uns weg. Die Bewegung erfolgt in einem Magnetfeld. Es treten also Lorentzkräfte auf,
die auf die Elektronen einwirken. Unter
Benutzung der Drei-Finger-Regel
der rechten Hand erhält man im
oberen Leiterteil eine Lorentzkraft auf die Elektronen nach links und im
unteren Leiterteil nach rechts. Alle Elektronen werden in den Leiterteilen
entsprechend verschoben, so dass am kurzen Ende Elek- tronen fehlen, also ein positiver Pol auftritt. Am langen Ende treten
vermehrt
Elektronen auf. Man hat einen Elektronenüberschuss, also einen
negativen Pol. Zwischen
den Leiterenden tritt somit eine Spannung auf, die aus der Summe
der Einzelspannungen an den jeweiligen Leiterteilen besteht. Die
Leiterteile links und rechts tragen nicht zur Spannung entlang des Leiters
bei, da sich hier die Elektronen am oberen linken Rand bzw. am
unteren rechten Rand sammeln (eine Art „Halleffekt“).
Die Span- nung
zeigt also nicht entlang der Leiterachse. Betrachten
wir 180° später die Leiterschleife, befindet sich das kurze Ende
unten und das lange Ende oben. Die Polung hat also im Ver- gleich
zur ersten Position getauscht. Man misst also eine Wechsel- spannung
an den jeweiligen Enden der Leiterschleife. Die
Wechselspannung tritt dann auf, wenn die Enden immer mit der- selben
Kohlebürste abgegriffen werden. Ändert man die Kohlebürste (Polwender)
wird ein pulsierender Gleichstrom erzeugt. Im
Folgenden sieht man die beiden Aufbauten und die erzeugte Span- nung,
wenn die Leiterschleife gleichförmig bewegt wird.
Formel für die
Wechselspannung Um die
Formel herzuleiten, bedienen wir uns folgender Abbildung. Man
schaut (s. Fendt-Abbildungen) von vorne rechts auf den Aufbau, also in Richtung
der Drehachse. Es wird ein Querschnitt betrachtet.
Wir
wissen ja schon, dass für den Stromfluss die Lorentzkraft ver- antwortlich
ist. Der Leiter bewegt sich schräg zu den Magnetfeldlinien, also
spielt nur der senkrechte Anteil der Bewegungsrichtung eine Rolle
für die Lorentzkraft. Wir haben die gleichen Verhältnisse wie beim schrägen
Einschuss in ein Magnetfeld. Es gilt
also:
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