[Physik] Induktion

[Zelretch]

Nun, err...Folgendes: Ich bin gerade dabei für die Physik Klausur zu lernen, in der es primär um das Thema 'Induktion' gehen wird. Ich habe da ein paar Probleme.

Es geht im ersten Fall um einen Drahtrahmen mit n windungen der in ein magnetfelt eingebracht wird. Dabei wird eine Spannung induziert. Die Frage ist nun wie diese Spannung zustande kommt.

Mir ist klar, dass es passiert weil sich der magnetische Fluss ändert und das nach dem Induktionsgesetz Grund dafür ist, dass eine Spannung induziert wird, jedoch habe ich das gefühl dass die Antwort noch etwas unpräzise ist, hat da jemand einen besseren Antwortsatz den man drunter schreiben könnte?

In Fall b) geht es um eine Spule die vollständig in ein magnetfeld eingetaucht ist und im nachhinein das magnetfeld geändert wird. Jetzt ist die frage ob sich die Polung vom Indutionsstrom ändert. Die Polung ändert sich, die erklärung dazu habe ich aber wohl vergessen zu notieren, jemand eine idee?

und zuletzt noch zu der Polung:
Fließt der Strom nun von + nach - oder von - nach +? Oder fließt er bei der Induktion von + nach - weil da eine Spannung induziert (also Ladung getrennt) wird?

[daenerys]

So, habe mich mal an eine Erklärung gemacht, und hoffe, dass diese verständlich ist. (Da ich Physik Leistungskurs habe, könnte es ein bisschen kompliziert/ungewohnt für dich sein, wenn du im Grundkurs sitzt. Aber ich versuch mein Bestes ^^)

a)
Der magnetische Fluss ändert sich, dass stimmt und kann man prima mit der Formel erklären:

Ф' (t) = (A · B)'

Das heißt, wenn sich entweder A (die vom magnetischen Feld durchflossene Fläche) oder B (die magnetische Feldstärke) ändert, dann gibt es eine Induktion.

Wenn du also ein Drahtmodell in ein magnetisches Feld schiebst, ändert sich ja die Fläche, die vom magnetischen Feld durchdrungen wird und damit ändert sich A. Und weil sich A ändert, gibt es eine Induktion.


Stell dir vor, du hast ruhiges Wasser. Jetzt tauchst du das Drahtmodell ins Wasser. Nun wird das Wasser unruhig und du siehst, wie sich das Wasser bewegt (--> Änderung von A, Induktion). Wenn du das Drahtgestell aber nicht mehr bewegst, wird das Wasser wieder ruhig (--> keine Änderung von A, keine Induktion)

b)
Das kommt darauf an, wie das magnetische Feld geändert wird.
Wenn in deinen Notizen aber steht, dass es einen Induktionsstrom gibt, ändert sich die Polung des magnetischen Felds. Das bedeutet, dass das magnetische Feld nun in die entgegengesetzte Richtung fließt (also z.Bsp. nicht mehr zu dir hin sondern von dir weg).
Nach der Lorentzregel der rechten Hand (falls du die kennst/kennen musst) muss sich so auch die Richtung des Stroms ändern.
Der Grund dafür: die Kraft, welche auf die Elektronen wirkt (Strom besteht ja aus Elektronen),zeigt in die andere Richtung, wenn das magnetische Feld umgepolt wird. Deshalb "fliegen" die Elektronen in die andere Richtung und dadurch ändert sich die Richtung des Induktionsstroms, was hier nichts anderes als die Polung des Induktionsstroms ist.

Zur Stromrichtung:
Ja, das ist wirklich eine blöde Regelung in der Physik. Hier gibt es nämlich zwei unterschiedliche Definitionen:
technische Stromrichtung: Die technische Stromrichtung ist von + nach - . Diese musst du bei Regeln verwenden, welche die rechte Hand fordern. Das ist nämlich die ältere Definition, wo man noch nichts von Elektronen wusste und einfach beliebig eine Richtung festgelegt hat (leider hat man falsch getippt ^^" ). Auch I als Stromstärke wird meist in der technischen Stromrichtung angegeben.
tatsächliche Stromrichtung: Ist von - nach + . Das ist deshalb so, weil nur die (leichten) Elektronen sich bewegen können, um ungleiche Ladungen auszugleichen. Die Elektronen sind negativ geladen und fliegen deshalb zum Pluspol. Die Bewegung der Elektronen ist elektrischer Strom.


Ich hoffe, ich hab alle Unklarheiten beseitigt. :)

[Zelretch]

b)
Das kommt darauf an, wie das magnetische Feld geändert wird.
Wenn in deinen Notizen aber steht, dass es einen Induktionsstrom gibt, ändert sich die Polung des magnetischen Felds. Das bedeutet, dass das magnetische Feld nun in die entgegengesetzte Richtung fließt (also z.Bsp. nicht mehr zu dir hin sondern von dir weg).
Nach der Lorentzregel der rechten Hand (falls du die kennst/kennen musst) muss sich so auch die Richtung des Stroms ändern.
Der Grund dafür: die Kraft, welche auf die Elektronen wirkt (Strom besteht ja aus Elektronen),zeigt in die andere Richtung, wenn das magnetische Feld umgepolt wird. Deshalb "fliegen" die Elektronen in die andere Richtung und dadurch ändert sich die Richtung des Induktionsstroms, was hier nichts anderes als die Polung des Induktionsstroms ist.
nunja, in dem aufgabentext steht nicht dass die flussdiche negativ wird, sondern nur dass sie sich innerhalb vom Zeitraum (delta)t=0,4s von 0,8T auf 0T reduziert wird.

Nach der Formel U(ind)= A * (delta)B/(delta)t müsste ja jetzt über den Zeitraum von (delta)t=0,4s eine Induktionsspannung (A = .005m²) von 10mV entstehen. Kann man die Umpolung nicht damit begründen dass (delta)B = -0,8T ist, da die Flussdichte abnimmt und folglich das ergebnis auch -10mv wird?

Danke für die restlichen antworten, haben mir jedenfalls geholfen. Ist übrigens Physik 4-Stündig, also nach BDW-Modell soetwas zwischen Grund- und Leistungskurs xD

[daenerys]

Da hab ich dich wohl falsch verstanden bei der b ^^


Ist übrigens Physik 4-Stündig, also nach BDW-Modell soetwas zwischen Grund- und Leistungskurs xD
Ich sag trotzdem mal "Willkommen im Club" ^_^


Nach der Formel U(ind)= A * (delta)B/(delta)t müsste ja jetzt über den Zeitraum von (delta)t=0,4s eine Induktionsspannung (A = .005m²) von 10mV entstehen. Kann man die Umpolung nicht damit begründen dass (delta)B = -0,8T ist, da die Flussdichte abnimmt und folglich das ergebnis auch -10mv wird?

So erklärst du es mathematisch, das müsste gehen. Du könntest auch als Ansatz nehmen, dass du ja einmal die Feldstärke (in Teilaufgabe a von 0 auf etwas ) erhöhst und einmal (in b) verringerst, was entgegengesetzte Steigungen und damit Ableitungen und damit Stromrichtungen zur Folge hat usw. Fiele mir jetzt ein.

[Zelretch]

Ok, danke. Jetzt fühl ich mich schonmal etwas sicherer in der Materie xD

[Zelretch]

Ich hätt da noch ne ganz blöde Frage zur selbstinduktion. Der Versuchsaufbau:
http://npshare.de/files/8826235e/Untitled-2.png
die Frage ist welche Lampe, G1 oder G2 früher leuchtet, wenn man s schließt. Für mich ist das eigentlich ein ganz klarer Fall, dass G2 langsamer leuchten wird, weil R2 die Zunahme vom Strom auf grund der selbstinduktion hemmen wird. Dummerweise steht in meinem heft , dass G1 langsamer leuchten wird, aus eben jenem grund.
Entweder habe ich irgendein Gestez bei der Paralellschaltung missachtet , oder ich habe da (mal wieder) irgendwelchen BS aufgeschrieben. Beides kann sein , aber ich wüsste trotzdem gerne was von beidem nun richtig ist xD

[daenerys]

Da hast du wohl eine Zahl vertauscht:
G1 wird fast sofort leuchten, dann dauert es ein Weilchen und G2 fängt langsam an zu leuchten und wird langsam heller, bis sie so hell leuchtet wie G1.
Grund dafür ist die Selbstinduktion der Spule. Da die Spule vom Strom durchdrungen wird und sich damit das Magnetfeld der Spule ändert, wird diese nämlich induziert. Und dieser Strom wirkt nun entgegengesetzt zur Stromrichtung von U, bildet also einen höheren Widerstand. Da sich das Magnetfeld aber immer weniger ändert, geht der induzierte Strom mit der Zeit gegen null und die Spannung wird hoch genug, damit der Strom die Lampe zum leuchten bringen kann. Als Diagramm sieht das ungefähr so aus (für U in der Spule):

http://www.pic-upload.de/03.04.09/yz6nte.png

Das ganze ist als Lenzsche Regel bekannt (ist immer super, sowas in der Arbeit zu schreiben ^^)

[TheBiber]

Im Grossen und Ganzen kann man das so stehen lassen, doch habe ich einige teils gravierende Falschaussagen entdeckt, die ich gerne noch korrigieren würde.



Zur Stromrichtung:
Ja, das ist wirklich eine blöde Regelung in der Physik. Hier gibt es nämlich zwei unterschiedliche Definitionen:
technische Stromrichtung: Die technische Stromrichtung ist von + nach - . Diese musst du bei Regeln verwenden, welche die rechte Hand fordern. Das ist nämlich die ältere Definition, wo man noch nichts von Elektronen wusste und einfach beliebig eine Richtung festgelegt hat (leider hat man falsch getippt ^^" ). Auch I als Stromstärke wird meist in der technischen Stromrichtung angegeben.
tatsächliche Stromrichtung: Ist von - nach + . Das ist deshalb so, weil nur die (leichten) Elektronen sich bewegen können, um ungleiche Ladungen auszugleichen. Die Elektronen sind negativ geladen und fliegen deshalb zum Pluspol. Die Bewegung der Elektronen ist elektrischer Strom.

Hier muss ich korrigieren: Nur weil Elektronen die Ladungsträger in einem Leiter sind, heisst das nicht, dass der Elektronenfluss immer einer "tatsächlichen" Stromrichtung entsprechen. Speziell in p-dotierten Halbleitermaterialien ist es nämlich so, dass der Strom von positiven Ladungen getragen wird, nämlich von Fehlstellen der Elektronen im Kristallgitter, sogenannten Löchern. Ebenso handelt es sich beim Strom, der durch Protonen in einem Teilchenbeschleuniger besteht, durchaus aus positiven Ladungsträgern. Hinzu kommt, dass wenn man annimmt, man bewege sich mit den Elektronen mit und somit das Bezugssystem auf ein bewegtes Elektron setzt, würde der Strom dadurch entstehen, dass die positiv geladenen Atomrümpfe an einem vorbeiziehen, womit diese relativ zu den Elektronen bewegt sind. Die Masse spielt bei der Koordinatenwahl keine Rolle, mit demselben Argument kann man zeigen, dass es z.B. auch irrelevant ist, ob die Sonne sich um die Erde oder die Erde sich um die Sonne dreht. Dies ist lediglich eine Sache des Bezugspunktes.

Aus diesen und wahrscheinlich noch mehr Gründen ist es falsch, von einer "tatsächlichen" Stromrichtung zu sprechen, ebenso ist es falsch zu sagen, man hätte mit der Definition der technischen Stromrichtung falsch getippt. Die Stromrichtung ist schlichtweg eine Konvention, die einmal getroffen werden musste und ist unabhängig davon, welche Ladungsträger tatsächlich fliessen. Genauso willkürlich wie positive und negative Ladungen oder Nord- und Südpol beim Magneten definiert wurden, wurde auch die Stromrichtung definiert.


G1 wird fast sofort leuchten, dann dauert es ein Weilchen und G2 fängt langsam an zu leuchten und wird langsam heller, bis sie so hell leuchtet wie G1.

Falsch, da bei G2 kein Widerstand in Serie geschaltet ist, fällt die gesamte Spannung über der Glühlampe ab, während bei G1 nur ein Teil der Spannung über der Lampe abfällt, da der Widerstand die Spannung teilt. Somit leuchtet G1 am Ende weniger als G2.


Das ganze ist als Lenzsche Regel bekannt (ist immer super, sowas in der Arbeit zu schreiben ^^)

Stimmt so auch nicht. Die Lenzsche Regel besagt, dass eine induzierte Spannung stehts so gerichtet ist, dass der entsprechend induzierte Strom ein Magnetfeld erzeugen würde, die der Änderung des Flusses entgegenwirkt.

Was richtig ist, ist dass daraus folgt, dass bei der Selbstinduktion ein entgegengesetzter Strom induziert wird, bis über der Spule das Magnetfeld vollständig aufgebaut ist, danach wirkt die Spule für einen Gleichstrom wie ein Kurzschluss.

@Zelretch: Noch eine Schönheitskorrektur: Induktivitäten werden mit dem Buchstaben L und nicht mit R bezeichnet, schreib bei der Spule besser L2 statt R2 hin. Falls sie in deinem Heft tatsächlich mit R2 bezeichnet wurde, zweifle ich etwas an der Qualität des Lernmaterials. Gerade in der Elektrotechnik ist es unabdingbar, die Bauelemente mit der richtigen Nomenklatur zu versehen, um Missverständnisse zu vermeiden. So könnte man meinen, R2 wäre ein Widerstand, auch deshalb weil Widerstände in der USA so zackig gezeichnet werden, wie du R2 gezeichnet hast. Spulen werden normalerweise mit "runden" Schleifen gezeichnet oder dann wie die rechteckigen Widerstände, aber dafür ausgefüllt:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/thumb/1/10/Symbol_Induktor_%28common%2C_horizontal%29.svg/78px-Symbol_Induktor_%28common%2C_horizontal%29.svg.png
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/thumb/c/cb/Symbol_Induktor_%28common%2C_horizontal%2C_alternative%29.svg/85px-Symbol_Induktor_%28common%2C_horizontal%2C_alternative%29.svg.png

[daenerys]

Aus diesen und wahrscheinlich noch mehr Gründen ist es falsch, von einer "tatsächlichen" Stromrichtung zu sprechen, ebenso ist es falsch zu sagen, man hätte mit der Definition der technischen Stromrichtung falsch getippt. Die Stromrichtung ist schlichtweg eine Konvention, die einmal getroffen werden musste und ist unabhängig davon, welche Ladungsträger tatsächlich fliessen. Genauso willkürlich wie positive und negative Ladungen oder Nord- und Südpol beim Magneten definiert wurden, wurde auch die Stromrichtung definiert.

Ja, wenn man es ganz genau nimmt, hast du recht. Da hab ich mir ein bisschen zu einfach gemacht.


Falsch, da bei G2 kein Widerstand in Serie geschaltet ist, fällt die gesamte Spannung über der Glühlampe ab, während bei G1 nur ein Teil der Spannung über der Lampe abfällt, da der Widerstand die Spannung teilt. Somit leuchtet G1 am Ende weniger als G2.
... So wie ich die Zeichnung verstanden habe, ist vor G1 ein Widerstand in Reihe geschaltet. o,o


Stimmt so auch nicht. Die Lenzsche Regel besagt, dass eine induzierte Spannung stehts so gerichtet ist, dass der entsprechend induzierte Strom ein Magnetfeld erzeugen würde, die der Änderung des Flusses entgegenwirkt.

Was richtig ist, ist dass daraus folgt, dass bei der Selbstinduktion ein entgegengesetzter Strom induziert wird, bis über der Spule das Magnetfeld vollständig aufgebaut ist, danach wirkt die Spule für einen Gleichstrom wie ein Kurzschluss.
Das meinte ich damit, hätte ich wohl besser formulieren sollen ^^"


Edit:
Bider, du scheiß Korinthenkacker! ;) Aber danke, dass du darübergeguckt hast ^_^

[TheBiber]

... So wie ich die Zeichnung verstanden habe, ist vor G1 ein Widerstand in Reihe geschaltet. o,o

Hast du richtig verstanden. Eben, deshalb fällt am Ende wegen der Maschenregel über G1 weniger Spannung ab bei gleichbleibendem Widerstand, somit ist die Leistung kleiner als ohne Widerstand und damit leuchtet die Lampe weniger hell als G2, da bei G2 eben kein Widerstand in Reihe ist, sondern nur eine Induktivität.



Edit:
Bider, du scheiß Korinthenkacker! ;) Aber danke, dass du darübergeguckt hast ^_^

Ja bitte. :D
Ich finds halt schon noch wichtig, dass man zumindest mit den Begriffen und der Nomenklatur genau ist. Sonst kann es an Prüfungen oder auch später im Studium böse Überraschungen geben. ;)