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SG085 Induktionsgesetz

Maxwell-Gesetze

Potenzial- und Wirbelfeld

Glossar 

Physik für Schülerinnen und Schüler

Wenn sich innerhalb einer geschlossenen Kurve C der magnetische Fluss Φ ändert, dann entsteht längs dieser Kurve ein elektrisches Wirbelfeld und eine Ringspannung. Diese heißt Induktionsspannung.

Die Kurve C ist häufig mit einem Leiter belegt. Die Aussage für das Wirbelfeld gilt zumindest in bestimmten Bezugssystemen; die Aussage für die Ringspannung gilt in allen Bezugssystemen.

Sehr schlampig gesprochen ist der magnetische Fluss innerhalb der Kurve C ein Maß für die Stärke des eingeschlossenen Magnetfelds, aber auch für die "Menge" an Magnetfeld, die eingeschlossen wird. Im einfachsten Fall, wenn der Betrag B der magnetischen Flussdichte B innerhalb der Kurve C räumlich konstant ist, und wenn C eine ebene Fläche A begrenzt, gilt: Φ = B·A .

Es sind verschiedene charakteristische Situationen für die Änderung des magnetischen Flusses denkbar:

Zur Beurteilung, ob Induktion stattfindet, sollte man sich gedanklich immer in das Bezugssystem oder die Bezugssysteme "versetzen", in denen die Kurve C oder ein jeweiliger Teil von ihr ruht. Wenn sich also aus dieser Sicht der magnetische Fluss Φ ändert, gilt das Induktionsgesetz:

      Uind = - dΦ/dt      

bzw. für kleine Zeitabschnitte Δt, oder, wenn sich der magnetische Fluss linear ändert:    

      Uind = - ΔΦ/Δt      

Die Induktionsspannung ist eine Ringspannung. Sie kann gemessen werden durch einen Ringstrom I (Induktionsstrom), wenn C mit einem Leiter mit dem Gesamtwiderstand R belegt ist:

      Uind = I · R   

oder, wenn der Leiter unterbrochen wird, durch Überführung in eine gleich große gewöhnliche Spannung zwischen den Enden des Leiters.

Induktion ist eine der zwei Mechanismen für die Ausbreitung von elektromagnetischen Wellen. Dabei ist Energie in elektrischen und magnetischen Feldern enthalten. Durch Induktion entsteht aus einem sich zeitlich ändernden Magnetfeld ein elektrisches Feld. Durch die Maxwell'sche Verschiebung entsteht aus einem sich zeitlich ändernden elektrischen Feld ein Magnetfeld usf.


Hinweise:

1. Da die Begriffe "Bewegung gegen ein Magnetfeld", "Bewegung in einem Magnetfeld",  "Schneiden von magnetischen Feldlinien" physikalisch sinnlos sind, wurde oben formuliert "Bewegung in einem Bezugssystem, in dem ein Magnetfeld B gemessen wird". Es geht nur um die Bewegung "in einem BZS"! Häufig wird das quasi gleiche Magnetfeld auch in einem BZS gemessen, das gegenüber dem ersten bewegt ist. Dann muss hier gleich argumentiert werden, aber es ist vollkommen unklar, "gegen welches der beiden Magnetfelder" hier eine Bewegung erfolgen sollte und wann nach dieser Argumentation z.B. eine Lorentz-Kraft entstehen sollte. Der korrekte Sprachgebrauch legt dagegen eine eindeutige Entscheidung über die Lorentz-Kraft nahe.

2. Die mathematische Definition des magnetischen Flusses, die hier nicht erläutert werden soll, ist:

Φ = ∫ B·df      (integriert über die von C umfasste Fläche)

Sie lässt noch ein paar andere Möglichkeiten zu. Sie ist nicht auf die Möglichkeit beschränkt, dass C eine ebene Fläche aufspannt, wie obige verbalen Formulierungen nahe zu legen scheinen.

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( Juni 2014 )