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Induktion (Elektrotechnik)


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Unter elektromagnetischer Induktion versteht man das Entstehen einer elektrischen Spannung in einem Leiter ( Draht ) der ein veränderliches Magnetfeld umschließt. Man spricht auch davon daß einem Leiter eine elektrische Spannung entsteht wenn er einem Magnetfeld "geschnitten" wird. Dies ist der wenn z.B. ein Permanentmagnet quer zum Leiter bewegt wird.

Die Induktion wurde von Michael Faraday entdeckt bei dem Bemühen die Funktionsweise Elektromagneten („Strom erzeugt Magnetfeld“) umzukehren („Magnetfeld erzeugt

Die Induktionswirkung wird technisch vor allem der Stromerzeugung ( Generator ) und für Transformatoren genutzt.

Inhaltsverzeichnis

Selbstinduktion

Ein Leiter oder eine Spule die durch den Stromfluss ein Magnetfeld ( Elektromagnetismus ) können durch diesen Vorgang auch in selbst wieder eine Spannung induzieren. Dieser Vorgang Selbstinduktion genannt. Die Polarität der selbst-induzierten Spannung ist dabei der genau entgegengerichtet.

Technisch wird die Selbstinduktion in vielfacher benutzt.
Störende oder gefährliche Spannungsveränderungen in der z.B. durch Ab- oder Zuschalten großer Verbraucher durch Blitzeinschlag können durch Einbau einer Induktionsspule auch Drossel genannt abgedämpft werden.

Bei Wechselströmen wächst das Maß der und der bremsenden Gegenspannung mit dem Maß Frequenz da mit deren Zunehmen auch eine der Magnetfeldveränderung einhergeht. Daher läßt sich die zur Konstruktion von Frequenzweichen für Musikanlagen nutzen.

Die Selbstinduktion wird auch genutzt um einer Zündspule den Zündfunken bei Ottomotoren oder die errforderliche hohe Zündspannung bei Leuchtstofflampen zu erzeugen. Die Wirkung entsteht wenn Stromfluss durch die Zündspule übergangslos unterbrochen wird. dann abrupt zusammenbrechende Magnetfeld erzeugt eine hohe

Induktionsgesetz

Die Stärke eines Magnetfeldes wird durch magnetische Flussdichte B beschrieben die man sich etwa als der Feldlinien pro Flächeneinheit (z. B. pro vorstellen kann.

Eine Fläche der Größe A umschließt daher insgesamt den magnetischen Fluss

<math>\Phi = B \cdot A</math>.

Eine zeitliche Änderung des Flusses d Φ /d t induziert in einer Leiterschleife (Windung) die Fläche A umfasst die Induktionsspannung

<math>U_{ind} = - \frac{\mathrm{d}\Phi}{\mathrm{d}t}</math>.

Besteht der Leiter aus einer Spule n Windungen so addieren sich die in Windung induzierten Spannungen zur Gesamtspannung

<math>U_{ind} = - n \cdot \frac{\mathrm{d}\Phi}{\mathrm{d}t}</math>.

Gesetz der Selbstinduktion

In einer Spule der Länge l mit n Windungen in der ein elektrischer Strom I fließt entsteht das Magnetfeld

<math>H = I \cdot \frac{n}{l}</math>

und damit die Flussdichte

<math>B = \mu_r \cdot \mu_0 \cdot H</math>

<math>= \mu_r \cdot \mu_0 \cdot I \cdot

mit einer vom Spulenkern abhängigen Materialkonstanten μ r und der magnetischen Feldkonstanten μ 0 = 4 · π · 10 -7 H/m.

Wegen Φ = B · A folgt dann

<math>U_{ind} = - n \cdot \frac{\mathrm{d}\Phi}{\mathrm{d}t}</math>

<math>= - n \cdot \mu_r \cdot \mu_0 \frac{\mathrm{d}I}{\mathrm{d}t} \cdot A \cdot \frac{n}{l}</math>

<math>= - (\mu_r \cdot \mu_0 \cdot A \frac{n_2}{l}) \cdot \frac{\mathrm{d}I}{\mathrm{d}t}</math>.

Die erste Klammer enthält nur Maße (Material-)Konstanten der Spule und wird als ihre Induktivität L bezeichnet d. h.

<math>U_{ind} = - L \cdot \frac{\mathrm{d}I}{\mathrm{d}t}</math>.

Die Änderung des Stroms in einer induziert also in der Spule selbst eine

Anwendung

Um eine Spannung zu induzieren muss der magnetische Fluss ändern. Da er das aus Flussdichte und Fläche ist kann sich entweder die Flussdichte B oder die Fläche A ändern.

Eine Änderung der Fläche erreicht man man die Spule in einem konstanten Magnetfeld (die vom Magnetfeld durchsetzte Fläche ist null die Spule quer zum Magnetfeld steht sie maximal wenn das Feld die Spule axial oder einen Magneten in einer Spule. Nach Prinzip wird in einem Generator (Dynamomaschine) Strom

Eine Änderung der Flussdichte erreicht man ein veränderliches Magnetfeld. Nach diesem Prinzip wird der Sekundärwicklung eines Transformators eine Spannung induziert.

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