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Elektromagnetische Induktion – Magnet und Spule, Wechselstrom

NaturwissenschaftenElektrizität und MagnetismusAlter 14–15

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Bewegen Sie einen Stabmagneten in eine Spule hinein und heraus (von Hand oder automatisch); der Zeiger des Galvanometers schlägt je nach Geschwindigkeit und Windungszahl aus und geht auf null zurück, wenn der Magnet stillsteht. Im Modus „rotierender Magnet“ kehrt die Induktionsspannung periodisch ihre Richtung um – Wechselstrom. Ein Spannung-Zeit-Diagramm, die Zahl der Feldlinien durch die Spule und die Richtung des Induktionsstroms werden laufend aktualisiert.

Lektion: Elektromagnetische Induktion, Wechselstrom

Was sie zeigt

Elektromagnetische Induktion erzeugt in einer Spule eine Spannung, sobald sich der magnetische Fluss durch sie ändert. Nach dem Induktionsgesetz gilt e = −ΔΦ/Δt mit Φ = NBS: Ein schnellerer Magnet oder eine Spule mit mehr Windungen liefert eine größere Spannung, ein in der Spule ruhender Magnet dagegen keine, wie stark sein Feld auch ist. Das Minuszeichen (Lenzsche Regel) bedeutet, dass Hineinschieben und Herausziehen des Magneten Ströme entgegengesetzter Richtung bewirken. Rotiert der Magnet, steigt und fällt der Fluss periodisch, und die Spannung kehrt sich bei jeder halben Drehung um: das Prinzip des Wechselstromgenerators.

So funktioniert es

Wählen Sie Von Hand ziehen und bewegen Sie den Magneten langsam, dann schnell in die Spule hinein und heraus, während die Lernenden die Nadel des Galvanometers beobachten; lassen Sie den Magneten in der Spule ruhen, damit die Nadel auf null zurückgeht. Wechseln Sie zu Auto rein/raus und vergleichen Sie mehrere Werte von N und Magnetgeschwindigkeit im e(t)-Diagramm. Klicken Sie zuletzt auf Rotierender Magnet und verbinden Sie die Kurvenform mit Wechselstrom.

Einstellbare Parameter

  • Windungszahl N 5–200 Windungen
  • Geschwindigkeit des Magneten (Auto-/Rotationsmodus) 5–60 cm/s
  • Pol, der zuerst in die Spule eintritt Nordpol (N), Südpol (S)
  • Modus Magnet von Hand bewegen, Magnet bewegt sich automatisch hinein und heraus, Rotierender Magnet (Wechselstrom)
  • Magnetfeldlinien anzeigen

Fragen zum Erkunden

  1. Warum fließt kein Induktionsstrom, wenn der Magnet in der Spule ruht?
  2. Mit welchen zwei Maßnahmen lässt sich der Ausschlag der Galvanometernadel vergrößern?
  3. Warum wechselt der Induktionsstrom ständig seine Richtung, wenn der Magnet rotiert?

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