Selbstinduktion

Geräte und deren Funktion:

2 Glühlampen, 1 Spule mit 10000 Windungen (n) und Weicheisenkern, regelbarer Widerstand und eine Spannungsquelle für Gleichstrom

Versuchsaufbau:

Versuchsaufbau zur Selbstinduktion


Schaltskizze zur Selbstinduktion

Versuchsdurchführung:

Die Spannung wird eingeschaltet und das Leuchten der Glühlampen wird währenddessen beobachtet. Zuvor wurde der regelbare Widerstand so eingestellt, dass die Glühlampen in etwa gleich hell leuchten.

Versuchsbeobachtung:

Sobald die Spannung eingeschaltet ist leuchten beide Glühlampen auf. Dabei ist auffällig, dass die obere Glühlampe zuerst aufleuchtet und anschließend erst die untere Lampe. Beim Ausschalten der Spannung ist ebenfalls eine Verzögerung der unteren Glühlampe zu beobachten. Diese ist jedoch geringfügiger als beim Einschalten der Spannung.

Versuchserklärung:

Zur Verzögerung beim Einschalten der Spannung:
Aufgrund der Erzeugung einer Spannung (durch die Spannungsquelle), fließt Strom durch die Spule. Dadurch wir innerhalb der Spule ein Magnetfeld erzeugt/aufgebaut. Dieses Magnetfeld ändert sich nun, wodurch eine Spannung in der Spule induziert wird. Nach der Lenz’schen Regel ist diese induzierte Spannung ihrer Ursache entgegengesetzt, weshalb ein Strom dem felderzeugenden Strom entgegen fließt. Die Summe der beiden Ströme ist geringer als der Strom im oberen Zweig. Nachdem das Magnetfeld vollständig aufgebaut ist, ändert sich dieses nicht mehr. Dies führt dazu, dass die zuvor induzierte Spannung nicht mehr aufrechterhalten werden kann, wodurch der angelegte Strom nun ungestört fließen kann. Als Folge dieser Prozesse kommt es zum verzögerten Aufleuchten der unteren Glühlampe.

zur Verzögerung beim Ausschalten der Spannung:
Durch das Ausschalten der Spannung kann das zuvor vollständig aufgebaute Magnetfeld in der Spule nicht mehr aufrechterhalten werden. Es kommt zu einem Abbauprozess des Magnetfeldes. Aufgrund der Änderung des Magnetfeldes wird, wie beim Einschalten, eine Spannung in der Spule induziert. Diese ist wieder durch die Lenz’sche Regel entgegengesetzt ihrer Ursache (jedoch diesmal mit anderem Vorzeichen). Dadurch fließt ein Strom in die ursprüngliche Richtung des ausgeschalteten felderzeugenden Stroms (Richtung untere Glühlampe), weshalb die untere Glühlampe noch einige Sekundenbruchteile ihr Leuchten erhalten kann und erst verzögert vollkommen erlischt.

Merksatz

Die Induktion, die in einer Spule stattfindet, wenn sich ihr eigenes Magnetfeld ändert, nennt man Selbstinduktion.

Erstellt von Julia, Mai und Mehmet mit kleinen Ergänzungen durch Herrn Ecker 13.3.21

Herleitung der Induktivität einer Spule