Elektromagnetische Induktion – Magnet, Spule und Galvanometer
PhysikElektrische und magnetische FelderAlter 17–18
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Ziehen Sie einen Stabmagneten in eine Spule mit N Windungen hinein oder aus ihr heraus; die Spule ist mit einem Galvanometer verbunden. Alternativ bewegt sich der Magnet selbstständig. Der Zeiger schlägt proportional zur Änderungsrate des magnetischen Flusses aus und kehrt um, wenn Bewegungsrichtung oder Pol umgekehrt werden; ruht der Magnet, geht der Zeiger auf null zurück. Die Diagramme des Flusses Φ(t) und der Induktionsspannung e = −N·ΔΦ/Δt laufen ständig mit, und die Richtung des Induktionsstroms nach der lenzschen Regel wird direkt an der Spule angezeigt.
Lektion: Elektromagnetische Induktion, Induktionsgesetz nach Faraday und lenzsche Regel
Was sie zeigt
Elektromagnetische Induktion tritt immer dann auf, wenn sich der magnetische Fluss durch eine Spule ändert. Hier bewegt sich ein Stabmagnet entlang der Achse einer Spule, die mit einem Galvanometer mit Nullpunkt in der Mitte verbunden ist. Der Fluss Φ durch die N Windungen hängt davon ab, wie weit der Magnet in der Spule steckt, und das Induktionsgesetz liefert die Induktionsspannung e = −ΔΦ/Δt. Der Zeiger reagiert also auf die Änderungsrate des Flusses, nicht auf seine Größe. Die lenzsche Regel legt die Richtung fest: Der Induktionsstrom macht das nahe Spulenende zu einem Pol, der einen sich nähernden Magneten abstößt und einen sich entfernenden anzieht.
So funktioniert es
Beginnen Sie mit Automatisch, um ein gleichmäßiges Muster zu sehen, und ziehen Sie den Magneten dann von Hand: schnell hinein, dann langsam, und halten Sie ihn in der Spule still, während Sie Galvanometer und Spannungsdiagramm beobachten. Mit Magnet umdrehen zeigt der andere Pol zur Spule; vergleichen Sie die Zeigerrichtung. Erhöhen Sie schließlich die Windungszahl N oder die Stärke des Magneten und wiederholen Sie dieselbe Bewegung, um zu sehen, welche Größen die Induktionsspannung vergrößern.
Einstellbare Parameter
- Windungszahl N 50–1000 Windungen
- Stärke des Magneten (Remanenzflussdichte) 0,1–1,2 T
- Geschwindigkeit des Magneten im Automatikbetrieb 5–60 cm/s
- Zur Spule weisender Pol Nordpol (N), Südpol (S)
- Magnet bewegt sich automatisch hinein und heraus
Fragen zum Erkunden
- Warum zeigt das Galvanometer null an, wenn der Magnet ruhig in der Spule liegt, obwohl das Magnetfeld dort stark ist?
- Welcher Pol entsteht am nahen Spulenende, wenn sich der Nordpol nähert, und wie passt das zur lenzschen Regel?
- Mit welchen drei Änderungen steigt die Induktionsspannung, und wie bestätigt das Spannungsdiagramm jede davon?
