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Selbstinduktion

 

Einführung am Versuch − Einschalten

 

Zur Einführung in dieses Thema wollen wir uns zunächst einmal einen

Versuch anschauen. Den Versuchsaufbau sehen wir im Folgenden.

 

 

Realer Versuchsaufbau

 

 

Schaltskizze

 

Der Versuchsaufbau besteht aus zwei gleichen Glühlampen, die paral-

lel verschaltet sind. In dem einen Strang (blau) befindet sich zusätzlich

zur Glühlampe noch eine Spule mit Eisenkern. Im anderen Strang (rot)

findet sich neben der Glühlampe noch ein veränderlicher Widerstand.

Dieser wird so eingestellt, dass die Glühlampen im Betrieb mit gleicher

Helligkeit aufleuchten. Der Widerstand ist notwendig, damit der Wider-

stand der Spule von 150 Ohm ausgeglichen wird.

 

Was passiert, wenn man den Schalter umlegt, sieht man in folgendem

Video:

 

 

 

 

 

 

Man erkennt im Video (siehe auch Titelbild),

dass die Glühlampe im Strang mit Spule

später aufleuchtet als die Glühlampe mit

dem reinen "ohmschen" Widerstand.

 

Wie lässt sich dies erklären?

Im Strang mit Spule ändert sich durch das

Einschalten das Magnetfeld der Spule. Es

baut sich ein Magnetfeld auf. Es liegt also

eine Änderung der Magnetfeldstärke B vor.

Dies führt aber nach dem Induktionsgesetz

2. Teil zu einer Induktionsspannung an der

Spule selber. Die Spule ist also Feldspule

und Induktionsspule in einem. Nach der

Lenzschen Regel ist diese Spannung so

ausgerichtet, dass sie die eigene Entsteh-

ung behindert. Die Entstehung ist aber auf

den Stromfluss zurückzuführen, da das

Magnetfeld ja von der Stromstärke abhängt.

Also wird der Aufbau der Stromstärke be-

hindert. Dies bedeutet letztendlich, dass

die Induktionsspannung der angelegten

äußeren Spannung entgegenwirkt, also

deren Aufbau verlangsamt, welches dann

zu einer Verlangsamung des Stromstärke-

aufbaus führt. Dies nennt man Selbstinduk-tion.

 

 

Zusammenfassung

Wir merken uns:

 

 

Selbstinduktion

 

Eine Spule erzeugt in sich selbst eine Induktionsspannung, wenn sich die Stromstärke in der Spule ändert. Dieser Pro-zess wird Selbstinduktion genannt.

Die Selbstinduktionsspannung ist so gerichtet, dass sie ihre

eigene Entstehung verhindern will.

 

 

Formeln zur Selbstinduktion

 

Im Folgenden wird das Ganze noch einmal mit Hilfe von Formeln unter

mauert und schließlich eine Formel für die Selbstinduktionsspannung

aufgestellt.

 

 

Zusammenfassung − Formeln

 

 

Selbstinduktion-Verlauf der Stromstärke (Einschalten)

 

Nachdem im ersten Kapitel zunächst allgemeine Fragen geklärt wurden,

wollen wir uns in diesem Kapitel den Stromverlauf beim Einschalten ein-

mal exakt ansehen.

 

Auch hier erst der Versuch und dann die Auswertung mit Hilfe einer Tabellenkalkulation (z. Bsp. Excel).

 

 

Realer Versuchsaufbau

 

 

Schaltskizze

 

 

Versuchsaufbau:

 

Der Aufbau ist sehr einfach. Er besteht nur aus einem Spulenkomplex

(zwei Spulen in Reihe auf einem Ringeisenkern) in Reihe mit einem

Amperemeter und einem Schalter.

 

Wenn man den Schalter umlegt, ergibt sich ein langsamer Anstieg der

Stromstärke, wie man in dem folgenden Video erkennen kann.

 

 

 

 

Man misst jetzt die Stromstärke in Abhängigkeit von der Zeit. Es erge-

ben sich dann folgende Tabelle und Diagramm (Excel):

 

 

Tabelle der Messwerte

 

 

Diagramm der Messwerte

 

 

Man erhält einen etwas ungewöhnlicher Verlauf: ein zunächst rascher

Anstieg, der dann immer mehr abflacht und sich dem Wert 0,001 A

nähert. Solche Diagrammverläufe werden als Sättigungskurve bezeich-

net. Die genaue Analyse des Funktionsterms, der diesen Graphen wiedergibt, wird dem LK

überlassen (Hinweis: noch in Arbeit).

 

Übungsaufgabe zur inhaltlichen Vertiefung

 

In der Übungsaufgabe wird vor allem mit dem Diagramm gearbeitet.

Deshalb benutzen wir jetzt einen Idealverlauf der Sättigungskurve.

Hieran soll vor allem der Lösungsweg gezeigt werden.

 

 

Die Aufgabe soll darin bestehen die Permeabilität µr des Ringeisen-

kerns zu bestimmen. Hierzu wird ein Großteil der obigen Formeln wie-

derholt und vertieft.

 

Lösung:

 

Link zur Videoliste: Selbstinduktion

 

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Übungsaufgaben

Klausuraufgaben (Induktion allgemein)

Klausuraufgaben

(Selbstinduktion)

 

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