Induktion (Kap. 17-19)
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1
Was ist die grundlegende Erkenntnis bei der Induktion?
Je stärker sich die Anzahl der Feldlinien, die durch die Spule verlaufen, ändert, desto größer ist die erzeugte Induktionsspannung.
2
Was besagt die Regel von Lenz?
Der Induktionsstrom ist stets so gerichtet, dass er der Ursache seiner Entstehung entgegenwirkt. (Spule ist “konservativ”)
3
Was ist die Formel für die Induktionsspannung (mit Lenz Regel)?
Uind = - N * B * l * v
4
Formel mit Flächenänderung der vom Magnetfeld durchsetzten Fläche (aber konstant bleibendem Magnetfeld)
U ind = - N * B * A’(t) = - N * B * A (A mit Punkt oben drauf)
5
Formel mit Magnetfeldänderung (vom Magnetfeld durchsetze Fläche bleibt gleich, aber zeitliche Änderung des Magnetfelds)
U ind = - N * B’(t) * A = - N * B (B mit Punkt oben drauf) * A
6
Aus was setzt sich die Formel der Induktionsspannung zusammen?
Aus der Regel von Lenz (-), der Windungszahl (N), der Magnetfeldänderung B’(t) (in Kombination mit) * vom Magnetfeld durchsetze Fläche (A) bleibt gleich ODER B (konstantes Magnetfeld) * A’(t) (Flächenänderung der vom Magnetfeld durchsetzten Fläche)
7
Formel für den magnetischen Fluss (Φ)
Φ = B * A
8
Welche Einheit hat der magnetische Fluss?
Weber [Wb] (1Wb = 1Tm^2 = 1Vs)
9
Was ist die Fläche A?
Die vom Magnetfeld senkrecht durchsetzte Fläche A⟂
10
Was gilt für die Induktionsspannung, die am Spulenenden entsteht bei Änderung des magnetischen Flusses?
Uind = - N * Φ’(t) = - N * Φ (Φ mit Punkt oben drauf) = - N * ΔΦ
11
Was bedeutet “Selbstinduktion”?
Verändert sich die Stromstärke in einer Spule, so führt dies zu einer Veränderung des magnetischen Flusses in der Spule selbst.
Dadurch entsteht eine Induktionsspannung in der Spule selbst. Man spricht in diesem Zusammenhang von Selbstinduktion.
Dadurch entsteht eine Induktionsspannung in der Spule selbst. Man spricht in diesem Zusammenhang von Selbstinduktion.
12
Fomel für die magnetische Flussdichte im inneren der Spule
B = μ0 * μr * N/l * I
13
zeitliche Ableitung der magnetischen Flussdichte (Formel)
B (B mit Punkt oben drauf) = μ0 * μr * N/l * I (I mit Punkt oben drauf) = μ0 * μr * N/l * ΔI = ΔB
14
Formel für die Induktivität L einer langgestreckten Spule
(μ0 * μr * N^2 * A) / l
15
Formel für die Induktionsspannung nach dem Induktionsgesetz
Uind = -L * I’(t) = -L * I (I mit Punkt drauf) = -L * ΔI
16
Was versteht man unter einem RL-Glied (Versuchsaufbau)?
Eine Reihenschaltung einer idealen Spule mit Induktivität L und einem ohmschen Widerstand R. Diese steht anstelle der realen Spule, die einen Winderstand besitzt, (da wir so einfacher rechnen können). Um den Versuchsaufbau zu vollenden braucht man noch eine Spannungsquelle (U0), ein Amperemeter (I) und einen Schalter
17
Wie lässt sich der Einschaltvorgang beim RL-Glied beschreiben (mit Worten das Zusammenwirken der Spannungen beschreiben)
Die Spule wirkt als Spannungsquelle, die gegen die Eingangsspannung U0 geschaltet ist. Die Gesamtspannung fällt dann am Widerstand R ab.
18
Was gilt für UL (L tiefer gesetzt) (Formel)
UL = Uind = -L*I (I mit Punkt drauf)
19
Was ist die Formel, die den Einschaltvorgang beschreibt?
UR (R tiefer gestellt) = UL + U0 (L und 0 tiefer gestellt); U0 = R*I + L*I (I mit Punkt oben drauf)
20
Formel für den Stromverlauf beim Einschaltvorgang
I = I0 (0 tiefer gestellt) * (1-e^(-t/τ))
21
Wie verläuft der Graph (t-I-Diagramm) beim Einschaltvorgang?
Im Ursprung beginnender, steigender Graph, dessen Steigung immer weiter abflacht, bis ein Maximalwert I0 (O tiefer gestellt)
22
Formel für die maximale Stromstärke I0 (0 tiefer gestellt)
I0 = U0 / R (0 jeweils tiefergestellt)
23
Formel für Zeitkonstante “tau” τ
τ= L / R [Einheit in Sekunden]
24
Formel für die Spannung beim Ausschaltvorgang
UR (R tiefergestellt) = UL (L tiefer gestellt) = -L * I (I mit Punkt oben drauf)
25
Formel für den Stromverlauf beim t-I-Diagramm
I = I0 (0 tiefer gestellt) * (e^(-t/τ))
26
Wie schaut der Graph beim Ausschaltvorgang aus?
der Graph startet bei I0 (0 tiefergestellt) und sinkt, bis die Stromstärke bei 0 ist. (fällt erst stark und dann immer flacher ab)
27
Formel für die magnetische Feldenergie Emag
Emag = 1/2 L * I^2
28
Formel für die im elektrischen Feld eines Kondensators gespeicherte Energie Eel
1/2 C U^2
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