Induktion (Elektrotechnik)
Unter elektromagnetischer Induktion versteht man das Entstehen einer elektrischen Spannung in einem Leiter (Draht), der ein veränderliches Magnetfeld umschließt. Man spricht auch davon, dass in einem Leiter eine elektrische Spannung entsteht, wenn er von einem Magnetfeld "geschnitten" wird. Dies ist der Fall, wenn beispielsweise ein Permanentmagnet quer zum Leiter bewegt wird.Die Induktion wurde von Michael Faraday entdeckt bei dem Bemühen, die Funktionsweise eines Elektromagneten („Strom erzeugt Magnetfeld“) umzukehren („Magnetfeld erzeugt Strom“).
Die Induktionswirkung wird technisch vor allem in der Stromerzeugung (Generator) und für Transformatoren genutzt.
Table of contents |
2 Induktionsgesetz 3 Gesetz der Selbstinduktion 4 Anwendung 5 Verwandte Themen |
Selbstinduktion
Ein Leiter oder eine Spule, die durch den Stromfluss ein Magnetfeld aussenden (Elektromagnetismus) können durch diesen Vorgang auch in sich selbst wieder eine Spannung induzieren. Dieser Vorgang wird Selbstinduktion genannt. Die Polarität der selbst-induzierten Spannung ist dabei der Erregerspannung genau entgegengerichtet.
Technisch wird die Selbstinduktion in vielfacher Weise benutzt.
Störende oder gefährliche Spannungsveränderungen in der Leitung, zum Beispiel durch Ab- oder Zuschalten großer Verbraucher oder durch Blitzeinschlag, können durch Einbau einer Induktionsspule, auch Drossel genannt, abgedämpft werden.
Bei Wechselströmen wächst das Maß der Selbstinduktion und der bremsenden Gegenspannung mit dem Maß der Frequenz, da mit deren Zunehmen auch eine Zunahme der Magnetfeldveränderung einhergeht. Daher lässt sich die Selbstinduktion zur Konstruktion von Frequenzweichen für Musikanlagen nutzen.
Die Selbstinduktion wird auch genutzt, um mit einer Zündspule den Zündfunken bei Ottomotoren oder die errforderliche hohe Zündspannung bei Leuchtstofflampen zu erzeugen. Die Wirkung entsteht, wenn der Stromfluss durch die Zündspule übergangslos unterbrochen wird. Das dann abrupt zusammenbrechende Magnetfeld erzeugt eine hohe Gegenspannung.
Die Stärke eines Magnetfeldes wird durch die magnetische Flussdichte B beschrieben, die man sich etwa als Anzahl der Feldlinien pro Flächeneinheit (z. B. pro Quadratzentimeter) vorstellen kann.
Eine Fläche der Größe A umschließt daher insgesamt den magnetischen Fluss
In einer Spule der Länge l mit n Windungen, in der ein elektrischer Strom I fließt, entsteht das Magnetfeld
Induktionsgesetz
Eine zeitliche Änderung des Flusses dΦ/dt induziert in einer
Leiterschleife (Windung), die die Fläche A umfasst, die
Induktionsspannung
Besteht der Leiter aus einer Spule mit n Windungen, so addieren sich die in jeder Windung induzierten Spannungen zur GesamtspannungGesetz der Selbstinduktion
und damit die Flussdichte
mit einer vom Spulenkernnkern abhängigen Materialkonstanten μr und der magnetischen Feldkonstanten μ0 = 4 · ''π · 10-7 H/m.
Wegen Φ = B · A folgt dann
- .
- .
- .
Um eine Spannung zu induzieren, muss sich der magnetische Fluss ändern. Da er das Produkt aus Flussdichte und Fläche ist, kann sich dazu entweder die Flussdichte B oder die Fläche A ändern.
Eine Änderung der Fläche erreicht man, indem man die Spule in einem konstanten Magnetfeld dreht (die vom Magnetfeld durchsetzte Fläche ist null, wenn die Spule quer zum Magnetfeld steht, sie ist maximal, wenn das Feld die Spule axial durchsetzt) oder einen Magneten in einer Spule. Nach diesem Prinzip wird in einem Generator (Dynamomaschine) Strom erzeugt.
Eine Änderung der Flussdichte erreicht man durch ein veränderliches Magnetfeld. Nach diesem Prinzip wird in der Sekundärwicklung eines Transformators eine Spannung induziert.Anwendung