Induktion und Wechselstrom 1. Induktion

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7. Mai 2012 120506Ph4-12Induktion-Wechselstrom.TEX Materialien • Gleichspannungsquelle • Schalter • 2 x 1200 Windungen • 2 Lampen z.B. 3,8 V/70 mA • 1 Potentiometer 100 Ω Ergebnis: L2 leuchtet mit Verspätung gegenüber L1 auf. 1.8.2. Induktivität einer Spule Erklärung: Beim Einschalten baut der Strom in der Spule ein Magnetfeld auf. Es durchsetzt alle ihre Windungen. So induziert der Strom im eigenen Kreis eine Induktionsspannung U ind. Nach Lenz wirkt sie ihrer Ursache, der Stromänderung, entgegen: U ind zögert so den Stromanstieg hinaus, wirkt also der angelegten Spannung U1 entgegen. Der Vorgang heißt Selbstinduktion und die induzierte Spannung U ind heißt Selbstinduktionsspannung. Berechnung der Selbstinduktionsspannung für eine lange Spule: n Der Strom I erzeugt in der Spule die Flussdichte B = µ0µr n magnetischen Fluss Φ = B A = µ0µr ˙I = −L · ˙I. ℓ I (n = nerr) und den ℓ A · I. Damit gilt U ind = −n ˙Φ = −(µ0µr n2A ) · ℓ Die konstanten Spulendaten (n, A und ℓ) wurden mit µ0 und µr zu einer Spulengröße, der Eigeninduktivität L = µ0µrn 2 A ℓ zusammengefasst. Für die Selbstinduktionsspannung gilt U ind = −L · ˙I Diese Gleichung gilt auch bei anderen Leiterformen. Einheit: [L] = 1 H (Henry). 1.8.3. Zeitlicher Verlauf des Spulenstroms Versuch Rechteckgenerator Spule R ABB. 18 10 ABB. 19
7. Mai 2012 120506Ph4-12Induktion-Wechselstrom.TEX Im Widerstand R (z.B. 10 Ω) tritt die zu I(t) proportionale Teilspannung U(t) = I(t) R auf. Am Oszilloskop gibt sie den Stromverlauf I(t) an. Durch den Rechteckgenerator liegt mit bestimmter Frequenz eine Spannung U1 an der Spule (z. B. 600 Wdg mit Fe- Kern). Auf dem Oszilloskop sieht man ein stehendes Bild. Hinweis: Amplitude des Funktionsgenerators soweit zurückdrehen, dass das Signal nicht übersteuert und der Kurvenverlauf typisch wird. Mit Hilfe einer zweiten Spule, die vom magnetischen Fluss der ersten durchsetzt wird, kann die induzierte Spannung von U1 abgetrennt werden. Diese Induktionsspannung U ind ist beim Einschalten des Stroms negativ (d. h. U1 entgegen), beim Ausschalten positiv (d. h. in Richtung der ursprünglichen Spannung U1). 1.8.4. Fluch und Segen der Induktionsspannung Versuch Dorn-Bader S. 68, V2 ABB. 20 ABB. 21 Die Zündspannung UZ der Glimmlampe ist etwa 160 V (Überprüfe mit dem Hochspannungsgerät - vgl. Abb. ??) Schließt man die Glimmlampe in Reihe mit der Spule (vgl. Abb. ??) an eine Gleichspannungsquelle von etwa 6 V, so glimmt beim Ausschalten die Glimmlampe auf, die an die Spule angeschlossen ist . Beim Ausschalten kann also eine Spannung entstehen, die erheblich größer ist als die angelegte Spannung U1. Die Induktionsspannung versucht den Stromfluss aufrecht zu erhalten. 11
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