Magnetische Induktion

Die magnetische Induktion (auch Faradaysche Induktion genannt) ist ein physikalischer Vorgang, bei dem ein elektrisches Feld durch Änderung der magnetischen Flussdichte entsteht (daneben gibt es noch die Induktion durch einen bewegten Leiter in einem homogenen Magnetfeld). Mit anderen Worten, es ist ein Vorgang, bei dem “Bewegung” in elektrische Energie umgewandelt wird. Dies geschieht z.B. indem ein Leiter durch ein Magnetfeld bewegt wird. Hierbei entsteht die sog. Induktionsspannung.

Wie entsteht die magnetische Induktion?

Man bewegt beispielsweise einen Magneten durch eine Spule (wichtig: geschlossener Leiter), also an einem Stück Draht vorbei. In diesem Metall befinden sich frei-bewegliche, elektrisch negativ geladene Elektronen (sog. Elektronengas -> siehe Metallbindung), die sich leicht bewegen lassen (wie jeder sicher weiß, übt ein Magnet eine Wirkung auf elektrische geladene Teilchen aus). Diese Elektronen werden durch die Lorentzkraft, die das bewegte Feld des Magneten (auf die Elektronen innerhalb des metallischen Leiters wirkt die Lorentzkraft) auf die Elektronen verursacht, innerhalb des Leiters bewegt und erzeugen somit eine elektrische Spannung (Induktionsspannung) und letztendlich ein Stromfluss (Induktionsstrom).

Wie kann man die Größe der magnetischen Induktion ungefähr abschätzen?

Im Allgemeinen wird die Induktionsspannung in einer Spule umso größer, je

• größer die Querschnittsfläche der Spule ist.
• je höher die Anzahl an Windungen der Spule ist.
• je stärker sich das Magnetfeld ändert.
• je schneller sich das Magnetfeld ändert.

Welche Möglichkeiten der Induktion gibt es?

• Eine Leiterschleife (Spule) befindet sich in einem Magnetfeld, dass sich ständig ändert. Die Formel zur Berechnung der Induktionsspannung lautet hierfür folgendermaßen:

• Ein Leiter bewegt sich durch ein homogenes Magnetfeld. Die Formel zur Berechnung der Induktionsspannung lautet folgendermaßen:

Woher weiß man, in welche Richtung der Stromfluss ist (bei einem durch ein Magnetfeld bewegten Leiter)?
Wie nun das elektrische Feld induziert wird, kann man ähnlich wie bei der Lorentzkraft (Dreifinger-Regel) herleiten.

• Dazu legt man die Hand auf eine Oberfläche, die Handfläche zeigt dabei nach oben, der Daumen ist dabei abgespreizt (ca. 90° Winkel)
• Die Magnetfeldlinen zeigen senkrecht (von oben nach unten) auf die Handfläche.
• Der abgespreizte Daumen zeigt die Bewegungsrichtung des Leiters an.
• Die gestreckten Finger zeigen die Flussrichtung des Stromes an

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• technische und physikalische Stromrichtung

• Einführung in die Elektronik

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Magnetische Induktion – Testfragen/-aufgaben

1. Was ist die grundlegende Definition von magnetischer Induktion?

Magnetische Induktion ist das Phänomen, das besagt, dass ein sich änderndes Magnetfeld einen induzierten Strom in einer Nahe gelegenen Schaltung erzeugt.

2. Wer war der Wissenschaftler, der die Gesetze der Magnetischen Induktion entdeckt hat?

Der englische Wissenschaftler Michael Faraday entdeckte die Gesetze der magnetischen Induktion.

3. Wie heißt die Einheit der magnetischen Induktion im internationalen System (SI)?

Im internationalen Einheitensystem (SI) wird die magnetische Induktion in Tesla (T) gemessen.

4. Was ist die Faraday’sche Induktionsgesetz?

Das Faraday’sche Gesetz der Induktion besagt, dass die Änderung des magnetischen Flusses mit der Zeit proportional zur induzierten elektromotorischen Kraft (EMK) ist.

5. Was ist die elektromotorische Kraft (EMK)?

Die elektromotorische Kraft (EMK) ist die Energie pro elektrischer Ladungseinheit, die von einer Energiequelle, wie einer Batterie oder einem Generator, bereitgestellt wird.

6. Welchen Einfluss hat die Änderung des Magnetfeldes auf die induzierte elektromotorische Kraft?

Je größer die Geschwindigkeit der Änderung des Magnetfeldes, desto größer ist die induzierte elektromotorische Kraft (EMK).

7. In welcher Richtung fließt der zur Magnetfeldänderung induzierte Strom?

Der induzierte Strom fließt in einer solchen Richtung, dass sein eigenes Magnetfeld der Änderung des ursprünglichen Magnetfeldes entgegenwirkt. Dies ist als Lenz’sches Gesetz bekannt.

8. Was bedeutet magnetische Permeabilität?

Magnetische Permeabilität ist ein Maß für die Fähigkeit eines Materials, ein Magnetfeld zu leiten.

9. Was ist eine Induktivität?

Die Induktivität ist eine Eigenschaft einer elektrischen Schaltung, die ihre Fähigkeit misst, eine Änderung des Stroms durch die Erzeugung einer elektromotorischen Kraft zu widerstehen.

10. Was ist der Unterschied zwischen Selbstinduktion und gegenseitiger Induktion?

Selbstinduktion bezieht sich auf das Phänomen, bei dem eine Änderung des Stroms in einer Spule eine Änderung des Magnetfelds und damit eine induzierte EMK in derselben Spule hervorruft. Gegenseitige Induktion hingegen tritt auf, wenn eine Änderung des Stroms in einer Spule eine induzierte EMK in einer benachbarten Spule erzeugt.