Elektromagnetische Induktion
Wir können also die Richtung vorhersagen, in der die Ladungsträger verschoben werden. Mit der folgenden Animation kannst du überprüfen, ob du die Vorhersagen richtig treffen kannst.
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Hinweise zur Bedienung
Die Stärke und Richtung des Feldes des Hufeisenmagneten kannst du mit dem entsprechenden Rollbalken einstellen. Die Position der Schaukel kannst du mit dem Rollbalken "Auslenkung" steuern. Alternativ kannst du die Auslenkung automatisch vom Programm Größen sind wieder willkürlich, so dass auf die Angabe einer Einheit verzichtet wurde. Schließlich kannst du noch das Vorzeichen der angezeigten Ladungsträger ändern. Arbeitsaufträge
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Bei geschlossenem Stromkreis fließt demnach durch die elektromagnetische Induktion ein Strom. Also befindet sich ein stromdurchflossener Leiter in einem Magnetfeld und nach dem Leiterschaukelversuch ruft dieser wieder eine Kraft hervor. In welche Richtung zeigt diese Kraft?
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Arbeitsauftrag
Vergleiche die Richtung der äußeren Kraft mit der der induzierten Kraft bei verschiedenen Auslenkungen und Bewegungsrichtungen. Welche Rolle spielt dabei die Magnetfeldstärke? |
Die induzierte Kraft ist genau entgegengesetzt zur äußeren Bewegung und hemmt diese.
Dies folgt auch aus einer Energiebetrachtung. Ein kleiner Anstoß würde sonst genügen und die induzierte Kraft würde weiter die Bewegung fördern, was wieder eine noch schnellere Bewegung und eine noch größere induzierte Kraft zur Folge hätte usw.
Das Vorhersagen der Richtung des Induktionsstromes und der Kraftwirkung vereinfacht die von Heinrich Lenz aufgestellte Regel:
Der Induktionsstrom ist immer so gerichtet, dass er der Ursache, durch die er entsteht, entgegenwirkt. (Lenzsche Regel)
Man kann einen Induktionsstrom auch hervorrufen, obwohl der Leiter ruht. Dazu ändert man das äußere Magnetfeld, das den Leiter durchsetzt. Nach der Regel von Lenz entsteht ein Strom, der der Ursache (Magnetfeldänderung) entgegenwirkt. Ändert sich z.B. das Magnetfeld einer Spule (Feldspule) so wird in einer zweiten Spule (Induktionsspule), die sich in der Nähe befindet, ein Induktionsstrom erzeugt. Der Strom in der Induktionsspule ist dabei so gerichtet, das er ein Magnetfeld aufbaut, das dem ursprünglichen entgegengerichtet ist. Durch Versuche stellt man dabei fest:Der Strom in der Induktionsspule ist um so größer, je schneller sich das Magnetfeld in der Feldspule ändert und je kleiner die Windungszahl der Induktionsspule ist.
Besonders eindrucksvoll ist dieser Effekt im folgenden Versuch zu beobachten, bei dem über eine Spule mit Eisenkern ein Aluminiumring gesteckt wird. Der Aluring stellt dabei im Prinzip eine Spule mit einer einzigen Windung dar.
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Arbeitsaufträge
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Zusammenfassung
Solange man einen Leiter quer zu den Feldlinien eines Magneten bewegt, wird an seinen Enden eine Spannung gemäß der UVW-Regel der rechten Hand induziert. Fließt dabei ein Strom, so ist dieser so gerichtet, dass er seiner Ursache entgegenwirkt.
