Die elektromagnetische Induktion
Leiterschleife im homogenen Magnetfeld
Geräte:
Hufeisenmagnet, Leiterschleife und Voltmeter
Versuchsaufbau:
Versuchsaufbau zur Induktion in einer Leiterschleife
Versuchsdurchführung:
1. Nordpol oben, Pluspol des Voltmeters hinten. Die Leiterschleife wird ins Magnetfeld hinein- und heraus bewegt. Dann wird die Geschwindigkeit der Bewegung verringert und die Leiterschleife angehalten.
2. Der Magnet wird umgedreht und die Bewegungen werden wiederholt.
3. Der Magnet wird wieder zurückgedreht und die Leiterschleife wird gedreht (Pluspol des Voltmeters vorn). Die Bewegungen werden wiederholt.
Versuchsbeobachtungen:
1.
Bewegung nach innen: Spannung positiv
Langsame Bewegung: Spannung negativ niedrig
Anhalten: Spannung ist null
2.
Bewegung nach innen: Spannung negativ
Bewegung nach außen: Spannung positiv
Versuchserklärung:
Skizze für die Versuchserklärung
Auf die Elektronen in der bewegten Leiterschleife wirkt im Magbetfeld die Lorenzkraft senkrecht zu den Feldlinien und der Bewegungsrichtung. Sie bewegen sich deshalb auf die eine Seite der Leiterschleife. Dort entsteht ein Elektronenüberschuss (Minuspol) und auf der anderen Seite ein Elektronenmangel (Pluspol). Die Spannnung zwischen diesen beiden Polen ist die Induktionsspannung.
Herleitung der Formel der Induktionsspannug
Die induzierte Spannung ist bei einer gleichmäßgen Geschwindigkeit konstant, d. h. der Elektronenüberschuss ändert sich nicht mehr.
Auf nachfolgende Elektronen im Leiter wirkt das entandene elektrische Feld, in dem es eine Abstoßungskraft erzeugt. Wenn die Lorentzkraft und
die elektrische Kraft gleich sind bewegen sich die Elektronen nicht mehr:
Einsetzen der Formeln ergibt:
Auflösen nach der Spannung U ergibt:
Erstellt von Marvin mit Ergänzungen durch Herrn Ecker 22.3.23