Elektromagnetische Induktion

Worum es geht

Michael Faraday entdeckte 1831 die Umkehrung von Ørsteds Beobachtung: Ein sich änderndes Magnetfeld erzeugt in einer Leiterschleife eine Spannung. Diesen Vorgang nennt man elektromagnetische Induktion.

Magnetischer Fluss

Der magnetische Fluss Φ beschreibt, wie viel Magnetfeld durch eine Fläche tritt. Steht das Feld senkrecht auf der Fläche A, gilt:

Φ = B · A, Einheit Weber (Wb = T · m²)

Induktionsgesetz

In einer Spule mit n Windungen wird eine Spannung induziert, wenn sich der Fluss ändert:

U_ind = −n · ΔΦ : Δt

Der Fluss kann sich auf zwei Arten ändern:

• Änderung von B: Ein Magnet wird in die Spule geschoben oder ein Strom in einer Nachbarspule ein- und ausgeschaltet.
• Änderung von A: Die wirksame Fläche ändert sich, etwa weil sich eine Spule im Magnetfeld dreht.

Je schneller die Änderung und je mehr Windungen, desto größer die Spannung.

Lenzsche Regel

Das Minuszeichen im Induktionsgesetz drückt die Lenzsche Regel aus: Der Induktionsstrom ist so gerichtet, dass sein Magnetfeld der Ursache entgegenwirkt. Schiebt man einen Nordpol in eine Spule, entsteht an diesem Spulenende ebenfalls ein Nordpol, der den Magneten abstößt. Das folgt aus der Energieerhaltung: Man muss Arbeit verrichten, um elektrische Energie zu gewinnen.

Anwendungen

• Generator: Eine Spule dreht sich in einem Magnetfeld. Es entsteht eine sinusförmige Wechselspannung. Fast aller Strom aus Kraftwerken und Windrädern wird so erzeugt.
• Transformator: Zwei Spulen auf einem gemeinsamen Eisenkern. Eine Wechselspannung in der Primärspule induziert eine Spannung in der Sekundärspule. Für den idealen Transformator gilt U₁ : U₂ = n₁ : n₂. So wird Spannung für Hochspannungsleitungen herauf- und für Haushalte heruntertransformiert.
• Induktionsherd, Wirbelstrombremse, kabelloses Laden