ET4-26 – Induktion – Ruheinduktion

Nachdem du bereits einen Überblick zu Thema Induktion erhalten hast, möchten wir dir in diesem Kurstext die Ruheinduktion (Wechselinduktion) als eine Variante näher erklären. Im darauffolgenden Kurstext erklären wir dir dann die Bewegungsinduktion im Detail.

“Bei der Ruheinduktion ändert sich das Magnetfeld seine Größe und/oder seine Richtung als Funktion der Zeit, jedoch der Induktionsweg (Position Leiter zu Magnetfeld) und das Magnetfeld befinden sich relativ zueinander in Ruhe.”

Ruheinduktion - Transformator — Ruheinduktion – Transformator

Ruheinduktion – Grundlagen

Diese Form der Induktion findet vorrangig von Transformatoren statt.

undefiniert

Wofür brauche ich das?

Ein Transformator dient zur Umspannung von Wechselspannungen.

Man spricht bei dieser Induktion in Ruhe von dem Transformatorprinzip.

Der Vorgang der Induktion selbst ist im Vergleich zur Bewegungsinduktion relativ unspektakulär, denn weder die Spule noch das Magnetfeld ändern ihre Position. Bei der Bewegungsinduktion ist dies der Fall und eine der beiden verändert seine Position.

Hier jedoch ändert sich lediglich der magnetische Fluss $\Phi$ . Dies geschieht in den meisten Fällen dadurch, dass die Wechselspannung geändert wird. Die Frequenz der Wechselspannung (50hz) bleibt hingegen unverändert.

Merk's dir!

Alternativ spricht man bei der Ruheinduktion auch von der Wechselinduktion. Da die Ursache hier in einer zeitlichen Änderung des Magnetfeldes liegt. Diese Änderung erzeugt eine induzierte Spannung.

Ruheinduktion – Leiterschleife

Für ein besseres Verständnis betrachten wir im ersten Schritt eine Leiterschleife.

Der Vorgang der Ruheinduktion erfolgt bei konstanter Fläche einer Leiterschleife oder Spule (siehe weiter unten).

Die induzierte Spannung hier kann nur durch eine Flussänderung hervorgerufen werden. Wirksam für die Induktionserscheinung ist der Flächenanteil der Leiterschleife, der senkrecht zu den Feldlinien steht.

In der ersten Abbildung ist eine offene Leiterschleife zu sehen, welche sich gänzlich in einem Magnetfeld befindet. Ein Änderung des elektrischen Flusses bewirkt die Induktion einer Spannung $U_in$ in die Leiterschleife. Diese können an den Enden der Leiterschleife als Quellenspannung $U_q$ nachweisen.

Ruhieinduktion - offene Leiterschleife - Induktionsspannung — Ruhieinduktion – offene Leiterschleife – Induktionsspannung

In der zweiten Abbildung ist die Leiterschleife nun geschlossen. Das führt dazu, dass zusätzlich ein Induktionsstrom $I_{in}$ innerhalb der Leiterschleife auftritt.

Ruheinduktion - geschlossene Leiterschleife - Induktionsstrom — Ruheinduktion – geschlossene Leiterschleife – Induktionsstrom

Merk's dir!

Der Induktionsstrom ist jedoch durch den Widerstand des Leiters $R_L$ nach oben hin begrenzt.

Ruheinduktion – Berechnung des Induktionsstroms mit Ohmschen Gesetz

Um den Induktionsstrom zu berechnen können wir uns einfach dem angepassten Ohmschen Gesetz bedienen.

$\boxed{ I_{ind} = \frac{U_q}{R_L} }$

Kennzahlen:

$\boxed{ I_{ind} }$ Induzierter Strom

$\boxed{ U_q}$ Quellenspannung = Induktionsspannung

$\boxed{ R_L}$ Leiterwiderstand

Bewirkt die Änderung des Magnetischen Flusses eine Erhöhung der induzierten Spannung so erhöht sich bei geschlossener Leiterschleife auch der Induktionsstrom. Wird die Leiterschleife durch ein anderes Material ersetzt und weist dann einen erhöhten Leiterwiderstand bei konstantem magnetischen Fluss auf, so sinkt bei der geschlossenen Leiterschleife der Induktionsstrom.

Ruheinduktion – Berechnung der induzierten Spannung mit Durchflutungsgesetz

Alternativ können wir die induzierte Spannung auch mit Hilfe der Angabe des zeitlich veränderlichen magnetischen Flusses ermitteln.

Hier notwendige Formel hierzu ist:

$\boxed{ U_q = \frac{ \Delta \Phi}{\Delta t} }$

Kennzahlen:

$\boxed{ U_q }$ Induzierte Spannung = Quellenspannung

$\boxed{ \Phi }$ Magnetischer Fluss

$\boxed{ \frac{ \Delta \Phi}{\Delta t} }$ Zeitliche Änderung des magnetischen Flusses.

Ruheinduktion – Wechselinduktion – Spule

Setzen wir anstelle einer Leiterschleife auf eine Spule, so bleibt der Ablauf und das Phänomen identisch. Jedoch muss die Gleichung um die Anzahl der Windungen $N$ ergänzt werden.

$\boxed{ U_q = \frac{ \Delta \Phi}{\Delta t} \cdot N }$

Kennzahlen:

$\boxed{ N }$ Anzahl Windungen

Ruheinduktion - Wechselinduktion - Magnetfeld — Ruheinduktion – Wechselinduktion – Magnetfeld

wie gehts weiter?

Nachdem du nun die Ruheinduktion bzw. Wechselinduktion kennengelernt hast, stellen wir dir im nächsten Kurstext mit der Bewegungsinduktion eine weitere Variante der Induktion vor, die vorrangig in Generatoren auftritt.

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