Induktion: Spannung aus Bewegung
Bewegt man einen Magneten in einer Spule, entsteht eine Spannung. Das nennt man elektromagnetische Induktion.
Das lernst du heute
- Ich kann die Induktion beschreiben.
- Ich kann nennen, wovon die Induktionsspannung abhängt.
- Ich kann die Induktion mit Kräften auf bewegte Ladungen erklären.
Das brauchst du schon: Vielleicht hilft dir zuerst eine dieser Lektionen: Kraft auf Leiter und Ladungen im Magnetfeld, Spannung und Stromstärke im Modell
Der Engländer Michael Faraday fand 1831 heraus: Bewegt man einen Magneten in eine Spule hinein oder aus ihr heraus, entsteht eine Spannung. Sie heißt Induktionsspannung. Ein Messgerät schlägt aus. Das Phänomen nennt man elektromagnetische Induktion. Es gilt: Ruht der Magnet, gibt es keine Spannung. Die Spannung entsteht nur, solange sich das Magnetfeld in der Spule ändert. Wie groß sie wird, hängt von vier Dingen ab. Je schneller du den Magneten bewegst, desto größer die Spannung. Je mehr Windungen die Spule hat, desto größer. Je stärker der Magnet, desto größer. Je größer die Fläche der Spule, desto größer. Bewegst du den Magneten hinein oder heraus, ist die Spannung entgegengesetzt gerichtet. Das Gleiche gilt, wenn du den Magneten umdrehst. Man kann die Induktion mit der Lorentzkraft erklären. Bewegt man einen Leiter im Magnetfeld, bewegen sich seine Elektronen mit. Auf sie wirkt eine Kraft, die sie im Draht entlangschiebt. Die Elektronen sammeln sich an einem Ende. So entsteht eine Spannung. Ist der Stromkreis geschlossen, fließt ein Induktionsstrom. Er wirkt seiner Ursache entgegen. Darum brauchst du Kraft, um den Magneten in die Spule zu schieben. Das nennt man die Lenzsche Regel. Anwendungen sind Fahrraddynamo, Induktionsherd und das kabellose Laden.
| Was ändert sich? | Induktionsspannung |
|---|---|
| Magnet ruht | keine Spannung |
| schneller bewegen | größer |
| mehr Windungen | größer |
| stärkerer Magnet | größer |
| Magnet umdrehen | Spannung kehrt sich um |
Die Windungszahl vergrößern
- Eine Spule hat 300 Windungen. Bei einer Bewegung zeigt das Messgerät 0,6 V.
- Dieselbe Bewegung mit 600 Windungen.
- Die Windungszahl ist doppelt so groß.
- Die Spannung ist ebenfalls doppelt so groß: 1,2 V.
Ich verstehe das noch nicht
Such dir aus, was dir hilft.
Noch einfacher erklärt
Magnet bewegen: Spannung.
Magnet ruhen lassen: keine Spannung.
Schneller und mehr Windungen: mehr Spannung.
Ein Beispiel
Beim Fahrraddynamo dreht ein Rad einen kleinen Magneten in einer Spule. Dabei entsteht Spannung für das Licht. Fährst du langsamer, wird das Licht dunkler.
Schritt für Schritt
Du beschreibst eine Induktion.
- Der Magnet bewegt sich in der Spule.
- Das Magnetfeld ändert sich.
- Dabei entsteht eine Spannung.
- Das Messgerät schlägt aus.
Mit einem Bild erklärt
| Alltagsgerät | Induktion |
|---|---|
| Fahrraddynamo | Magnet dreht sich in der Spule |
| Induktionsherd | sich ändernde Felder erzeugen Strom im Topfboden |
| kabelloses Laden | Spule in der Platte, Spule im Gerät |
Zur Grundlage zurück
- Kraft auf Leiter und Ladungen im Magnetfeld – Du kennst die Lorentzkraft.
- Spannung und Stromstärke im Modell – Du kennst die Spannung.
Jetzt zusammen
Wir lösen die Aufgabe gemeinsam. Nutze die Hilfen, wenn du sie brauchst.
Zeig mir den ersten Schritt
Was passiert mit dem Messgerät, wenn der Magnet ruht?
Lösung ansehen
Lösung: wenn sich das Magnetfeld ändert
Jetzt du
Jetzt probierst du es allein.
Eine Spule mit 300 Windungen liefert bei einer Bewegung 0,6 V. Wie viele V liefert eine Spule mit 600 Windungen bei derselben Bewegung?
Zeig mir den ersten Schritt
Doppelte Windungszahl, doppelte Spannung.
Lösung ansehen
Lösung: 1,2
2 · 0,6 V = 1,2 V.
Tipp: Merke: Nur wenn sich etwas ändert, wird Spannung induziert. Ruhe heißt keine Spannung.
Merksatz: Induktion: ein sich änderndes Magnetfeld in einer Spule erzeugt Spannung. Größer bei schnellerer Bewegung, mehr Windungen, stärkerem Magneten.
Typischer Fehler: Viele glauben, ein Magnet in der Spule erzeuge dauerhaft Spannung. Es kommt auf die Bewegung an. Ruht der Magnet, ist die Spannung null.
Mini-Quiz
4 kurze Fragen, ohne Noten. Bei jeder Frage kannst du dir die Lösung ansehen.
Lösung ansehen
Lösung: Michael Faraday
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Lösung: von der Geschwindigkeit, der Windungszahl und der Stärke des Magneten
Lösung ansehen
Lösung: Stimmt
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Lösung: der Fahrraddynamo
Geschafft
Ein sich änderndes Magnetfeld erzeugt in einer Spule Spannung. Auf diese Weise arbeiten Generatoren und viele Alltagsgeräte.
Kannst du das schon?
Hake ab, was du schon kannst. Was noch fehlt, schaust du dir einfach noch einmal an.
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