spannung durch induktion
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Spannung durch Induktion
http://www.youtube.com/watch?v=LhFWSnFvWGY
http://www.youtube.com/watch?v=a4pOJONgUe4
http://www.youtube.com/watch?v=7dh0Cue9Pws
Stromdurchflossener Leiter im Magnetfeld
Als Folge der Lorentzkraft auf bewegte Ladungen erfährt der Leiter eineKraftwirkung (elektromotorische Kraft).
(Effekt von Ch. Oersted 1820)
v
Magnetfeld
FL
2Elektronenbewegung
Kraftwirkungauf den Leiter
(Wiederholung)+ -
Bewegter Leiter im Magnetfeld
U Wird ein metallischer Leiter in einem Magnetfeld durch eine äußere Kraft bewegt, so werden damit auch die in ihm enthaltenen Ladungen bewegt.
(M. Faraday 1831)
Durch die senkrecht zum Magnetfeld bewegten Ladungen werden diese auf Grund der Lorentzkraft längs des Leitersverschoben.
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Es entsteht eine Spannung zwischen denLeiterenden;die sog. Induktionsspannung Uind
Induktion im bewegten Leiter
Magnetfeld
U
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Kraftauf die Ladungsträger
Die Bewegungsrichtung der Elektronen, kann mit der „UVW-Regel“ bestimmt werden.
FL
Die „Ursache“ ist hier nicht die Stromrichtung längs des Leiters, sondern die Leiterbewegung. Denn: Leiterbewegung ist Ladungsbewegung!
vLeiterbewegung
-
+
Drehung einer Leiterschleife im Magnetfeld
- Drehung durch äußere Krafteinwirkung- Elektronenfluss im Leiter (nach Linke-Hand-Regel)
+ -
-
+
Anschluss eines Verbrauchers:
+ -
5
Wechselstromgenerator(rotierende Leiterschleife im Magnetfeld)
6w
ww
.phy
sik3
D.d
e
GleichstromgeneratorDie Wechselspannung kann durch einen Kommutator in eine pulsierende Gleichspannung umgeformt werden.
7w
ww
.phy
sik3
D.d
e
Generatoren
Innenpolgenerator Außenpolgenerator
Innenpolgeneratoren werden als Erregermaschinen für Außenpolgeneratoren verwendet.
Beim Außenpolgenerator bewegt sich die Induktionsspule zwischen den Polen eines Magneten. Die Schleifringe können durch Funkenbildung beschädigt werden.
8
ww
w.h
ellfi
rez.
de
ww
w.w
ikip
edia
.de
Induktion in Spulen
Ursächlich für die Induktionsspannung ist die Relativbewegung zwischen Spule und inhomogenem Magnetfeld.
U
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So funktioniert ein Fahrradtachometer
Ein an der Speiche befestigter Magnet induziert bei jeder Umdrehung eine kurze Spannung im Empfänger an der Vorderradgabel (Spule!).
Damit kann der Computer jede Umdrehung zählen.
Die Strecke und die Geschwindigkeit müssen errechnet werden.
MagnetSpule
Induktion im ruhenden Leiter
1. Bewegung des Permanentmagneten in Bezug zur Induktionsspule
Induktion im ruhenden Leiter
Bewege den Permanentmagneten wie in der Skizze dargestellt (einmal schnell, einmal langsam) aus den 3 Richtungen auf die Spule (N = 2000) zu bzw. von ihr weg.
a) Wovon hängen Betrag und Polarität der beobachteten Spannung ab? Beschreibe möglichst genau!
b) Kann die entstehende Induktionsspannung mit der Lorentzkraft erklärt werden?
Induktion im ruhenden Leiter
Induktion im ruhenden Leiter
2. Bewegung von Feldspule gegenüber Induktionsspule
Anstelle des Permanentmagneten wird ein Elektromagnet (Feldspule mit N = 500) verwendet. Die Feldspule wird mit einer Spannung von ca. 12 V aus dem Netzgerät versorgt. Bewege nun die Feldspule (einmal mit, einmal ohne Eisenkern) so wie in Aufgabe 1 auf die Induktionsspule zu.
a) Unterscheiden sich die Beobachtungen prinzipiell von den Beobachtungen bei Aufgabe 1?
b) Kann das Auftreten der Induktionsspannung mit der Lorentzkraft erklärt werden?
Elektrische Zahnbürste
U1=230V
U2=5V
Transformator
Weshalb kann man einem Transformator nicht mit Gleichspannung betreiben?
Der Wechselstrom in der Primärspule erzeugt ein magnetisches Wechselfeld im Eisenkern.Das sich ändernde Magnetfeld induziert in der Sekundärspule eine Wechselspannung.
Transformator (Handy-Ladegerät)
Transformator (Handy-Ladegerät)
Transformator
Primärspule500 Windungen
Sekundärspule1000 Windungen
Transformator eines Umspannwerks
Vom Kraftwerk zum HaushaltVerteilung der elektrischen Energie
Wirbelstrombremse Shinkansen
Wirbelstrombremse ICE
Lenz´sche Regel
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Die durch Induktion auftretende Größe (egal ob Magnetfeld, Spannung oder Strom) ist stets so gerichtet, dass sie ihrer Entstehungsursache entgegenwirkt.
Lenz´sche Regel
Der Induktionsstrom (Wirbelstrom) ist stets so gerichtet, dass das durch ihn entstehende Magnetfeld seiner Entstehungsursache entgegenwirkt.
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„Abstoßung der Felder“
„Mitnahme der Felder“
NS SN
Induktionstaschenlampe
Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule
Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule
Vergleich Spule - Stabmagnet
Im Außenbereich: Magnetfeld gleich
Im Innenbereich: Homogenes Feld bzw. geordnete Elementarmagnete
Magnetfeld eines geraden Leiters
Christian Oerstedt: Ein elektrischer Gleichstrom erzeugt ein Magnetfeld!
Die Richtung des Magnetfeldes wechselt mit der Stromrichtung, die Stärke nimmt proportional zum Abstand ab. Die Magnetfeldlinien sind geschlossen.
Faustregel: Wenn der Daumen in Richtung der technischen Stromrichtung zeigt, weisen die Finger einer leicht geöffneten Faust in Richtung der kreisförmigen Feldlinien.
+
-
Magnetfeld des elektrischen Stroms
Das Magnetfeld eines geraden Leiters zeigt geschlossene konzentrische Kreise.
Magnetfeld des elektrischen Stroms
Das Magnetfeld eines geraden Leiters zeigt geschlossene konzentrische Kreise.Richtung in diesem Fall: im Uhrzeigersinn.Dieses Magnetfeld hat keine Pole!
Technische Stromrichtung
Wie sieht das Magnetfeld dieses stromdurchflossenen Leiters aus?Wo ist der Nordpol, wo der Südpol?
Magnetfeld einer Leiterschleife
Erkläre das Magnetfeld!Gibt es hier Nord- und Südpol?
Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule
Im Inneren einer stromdurchflossenen Spule sind die Feldlinien parallel zur Spulenachse. Es herrscht ein homogenes Feld.
Was lässt sich über das Feld im Inneren der Spule sagen?
Gibt es hier Nord- und Südpol?
N S
Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule
Im Inneren einer stromdurchflossenen Spule sind die Feldlinien parallel zur Spulenachse.
Es herrscht ein homogenes Feld.
Magnetfeld des elektrischen Stroms
Im Inneren einer Spule ergibt sich ein nahezu homogenes Feld, im Außenbereich schließen sich die Feldlinien.
Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule
Vergleich Spule - Stabmagnet
Im Außenbereich: Magnetfeld gleich
Im Innenbereich: Homogenes Feld bzw. geordnete Elementarmagnete
Magnetfeld einer stromdurchflossenen Spule
Das magnetische Feld
Es gibt keine magnetischen Ladungen. Ein Stabmagnet ist aus elementaren magnetischen Dipolen aufgebaut, die alle in die gleiche Richtung zeigen.
Es existiert ein magnetisches Feld, das durch Magnetisierung des Eisens hervorgerufen wird.
Die Magnetisierung geschieht durch Ausrichtung der atomaren magnetischen Dipole.
http://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=vzlg-jD5uUU
http://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=O2E4jPiwqEU
http://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=BkUrGSo8640
http://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=TtrynAaLU1I#t=0Elektromagnete – schulfilm Physik
http://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=0t8yDnyOaQ8
Die Leiterschaukel im Magnetfeld
Hufeisenmagnet
Homogenes Feld
N
S
Die Lorentzkraft
Prinzip des Elektromotors
Lorentzkräftelinksdrehend
Kein DrehmomentTotpunkt
Lorentzkräfterechtsdrehend
Lorentzkräfte auf Leiterschleife im Magnetfeld
Prinzip des Elektromotors
Leiterschleife mit Kommutator (Polwender)
Stromrichtungim Uhrzeigersinn
Totpunktkein Strom
Stromrichtunggegen Uhrzeigersinn
Technische Realisierung des Elektromotors
• Spule mit vielen Windungen• Eisenkern (Doppel-T-Anker)• Hufeisenmagnet durch Elektromagneten ersetzen• Trommelanker (mehrere Leiterschleifen gegeneinander verdrehen)
Der Dreifach-T-Anker
Vorteil: Kein Totpunkt. Der Motor läuft aus jeder Position von alleine los.
Technische Realisierung des Elektromotors
• Spule mit vielen Windungen• Eisenkern (Doppel-T-Anker)• Hufeisenmagnet durch Elektromagneten ersetzen• Trommelanker (mehrere Leiterschleifen gegeneinander verdrehen)
Lorentzkraft auf freie Elektronen
Lorentzkraft auf freie Elektronen
Auf ein bewegtes Elektron wirkt im Magnetfeld eine Kraft – die Lorentzkraft
Die Richtung der Lorentzkraft ergibt sich durch die 3-Finger-Regel der linken Hand!
Lorentzkraft auf freie Elektronen