Elektromagnetische Induktion
Historisches zur Induktion
Es war M. Faraday, der wesentliche experimentelle Ergebnisse zu einem neuen Phänomen im Bereich der Elektrizitätslehre und Magnetismus lieferte.
Es handelt sich dabei um die elektromagnetische Induktion. Der völlig neue Aspekt dieses Phänomens ist die Entstehung von elektrischen Feldern durch Änderung von Magnetfeldern ohne im Raum vorkommender elektrischer Ladungen. Daraus ergibt sich die Vermutung, dass es eine intrinsische Beziehung zwischen Magnetfeldern und elektrischen Feldern geben muss. Tatsächlich konnte der theoretische Physiker J.C. Maxwell seine berühmten Maxwellschen Gleichungen ableiten, die einen solchen Zusammenhang aufzeigen und gleichzeitig mit den Experimenten übereinstimmen.
Motivation
Bevor wir mit der Ableitung des Induktionsgesetzes beginnen, wollen wir einen kleinen Versuch zur Veranschaulichung des Phänomens geben. Dieser Versuch weist übrigens einige Parallelen mit dem von Faraday durchgeführten Experiment auf.
Beispiel
1. Qualitativer Versuch zur Induktion
Dazu betrachten wir 2 Spulen, die wie im Bild gezeigt zueinander positioniert werden. In der linken Spule wird der Stromkreis geschlossen, wodurch so ein Strom fließt, der ein Magnetfeld in dieser Spule erzeugt (siehe auch Kap. Ladungen und Felder). Dann beobachtet man in der rechten Spule mit Hilfe eines Amperemeters, ob hier ein Stromfluss stattfindet.
Ergebnis: Schaltet man den Spulenstrom auf der linken Seite ein und aus, so stellt man in der rechten Spule kurzzeitigen Stromfluss fest. Man sagt auch, dass in der rechten Spule ein Induktionsstrom fließt. Dieser Induktionsstrom erzeugt dann natürlich in der rechten Spule ein Magnetfeld.
Wie man aus dem Kapitel Ladungen und Felder weiß, ist ein Stromfluss auf die Wirkung einer Spannung zurückzuführen. Damit ist mit dem Induktionsstrom auch eine induzierte Spannung (Induktionsspannung) verbunden.
Wir wollen im Folgenden ergründen, wie man diese Induktionsspannung mathematisch beschreiben kann. Die Erkenntnisse münden dann im sogenannten Induktionsgesetz.
Im Video wird aufgezeigt, welche Inhalte in diesem Kapitel im weiteren Verlauf vermittelt werden.
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