Induktionsstrom < Elektrik < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 23:22 Di 24.05.2016 | | Autor: | Paivren |
Guten Abend,
ich habe eine Frage zur Selbstinduktion einer Spule.
Durch die Spule fließe zuerst ein konstanter Strom I. In der Spule gibt es also ein konstantes B-Feld.
Wird der Strom nun langsam abgedreht, so bricht das Feld zusammen. Dabei wird ein Strom induziert, der dem Zusammenbrechen entgegenwirken will.
Das Feld wird trotzdem verschwinden, ebenso der Strom. Die Selbstinduktion "reicht" also nicht aus, um das zu verhindern.
Nur wie kann man das genau verstehen? Hat es was mit der zeitlichen Reaktion des B-Feldes auf die Stromänderung zu tun?
Also erst ändert sich der Strom um dI, anschließend das Feld, dann wiederum wird ein Gegenstrom dI* induziert. Aber zu diesem Zeitpunkt ist der Strom wiederum weiter abgefallen?
Die Formulierung, der Induktionsstrom ist der Feldänderung entgegengerichtet, führt in meinem Kopf dazu, dass das Feld erhalten bleibt und der Strom endlos weiterfließt...
Viele Grüße
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 12:16 Mi 25.05.2016 | | Autor: | leduart |
Hallo
du musst dir eine Schaltung ausdenken, wie genau du den Strom abschaltest.
a) du schleißt die Spule über einen Widerstand kurz, dann sinkt der Strom langsam ab, der Widerstand nimmt die Energie auf.
b) du schließ an einen Kondensator an, dann wird der aufgeladen , er entläd sich wieder über die spule usw. du hast einen Schwingkreis.
c) du öffnest einfach einen Schalter, dann entsteht an dem eine sehr hohe Spannung, Es entsteht ein Funken, darüber fließ der Strom. So funktioniert eine Zündspule im auto.
Wegen c) solltest du nie einen laufenden Motor z.B. Staubsauger abschalten, indem du den Stecke ziehst, dann entsteht der Funken dort. Im regulären Abschaltet ist ein Kondensator parallel geschaltet, der das verhindert.
Gruß leduart
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Du kannst die Spule mit einem materiellen Körper vergleichen, bei dem die Selbstinduktivität der Masse entspricht und die Stromstärke der Geschwindigkeit. Die Spannung entspricht dann der Kraft.
Willst du den Körper in Bewegung setzen (Strom einschalten), geht das nicht mit einem Ruck. Trotz der Beschleunigungskraft (Spannung) setz er sich nur langsam in Bewegung, und obwohl der Beschleunigungskraft eine gleich große Trägheitskraft entgegenwirkt, wird der Körper trotzdem schneller. Bei der Spule verhindert entsprechend die induzierte Gegenspannung einen ruckartigen Anstieg der Stromstärke.
Willst du ihn nun abbremsen, musst du eine Gegenkraft aufbauen. Bei der Spule reicht es, den Schalter umzulegen. Dabei entsteht aber eine "Gegenkraft" in Form der induzierten Abschaltspannung. Wenn du z.B. ein rotierendes Eisenrad, das du vorher mit 50 N in Rotation versetzt hast, mit einem Ruck abbremsen willst, indem du einen Holzstiel zwischen die Speichen steckst, zerschlägt dir das Rad (bei ausreichender Masse) den Stiel, weil die dabei auftretende Kraft viel größer als die antreibende Kraft wird (eine Zeitfrage); genau so wird die Induktionsspannung ggf. viel größer als die zuvor angelegte Spannung (Abrissfunke). Aber genau so, wie das Rad durch Abbremsen zum Stillstand kommt, kommt auch der Strom zum Erliegen.
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 23:06 Di 21.06.2016 | | Autor: | Paivren |
Hallo,
vielen Dank für das anschauliche Beispiel, ich sehe das analoge Verhalten zur Mechanik.
Aber wirklich verstehen, tu ich es nicht.
Ich bin ja versucht, es zeitdiskretisiert zu betrachten:
Zuerst ändert sich der Strom, dann das Magnetfeld, dann wird etwas Gegen-Strom induziert, das Feld bleibt kurz konstant, dann sinkt der Strom weiter ab, das Feld wird wieder kleiner und so fort.
Nur kann man diese Prozesse nicht zeitlich voneinander trennen, oder?
Für mich ist das irgendwie ein Paradoxon. Wenn das sich abbauende Feld einen Strom induziert, um sich selbst zu stabilisieren, dann dürfte es sich nicht weiter abbauen.
Man hätte den eigenen Strom abgestellt und das Magnetfeld hält sich selbst am laufen. Widerspricht der Energieerhaltung.
Ich sehe nur nicht, wo mein Denkfehler bei dieser Selbstinduktion ist...
Gruß
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(Antwort) fertig | | Datum: | 20:33 Mi 22.06.2016 | | Autor: | leduart |
Hallo
eskommt darauf an, wie du den Strom "langsam abdrehst" mach mal den Vorschlag einer Schaltung, mit der du das kannst.
Gruß leduart
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Wenn du einen ringförmigen Supraleiter nimmst, der keinen elektrischen Widerstand hat, passiert genau das: Du kannst die el. Quelle abschalten, der Strom fließt tage- und wochenlang im Kreis weiter. Feststellen läßt sich das daran, dass sich das Magnetfeld nicht ändert und von außen gemessen werden kann.
Ein Magnetfeld besitzt auch Energie. Zu einer bestimmten Stromstärke gehört eine bestimmte Magnetfeldstärke und damit eine bestimmte Energiemenge im Magnetfeld.
Schaltest du z.B. einen Strom von 2 A mit einer Quelle von 5 V ein und ist er sofort voll da, muss auch das Magnetfeld sofort voll da sein und damit auch seine Energie. Pro Sekunde gibt die Quelle aber nur 10 W Leistung ab, und wenn das Magnetfeld bei 2 A z.B. 40 mJ Energie hat, kann diese Energie erst nach 4 ms voll da sein und damit auch dann erst der Strom von 2 A, vorausgesetzt, dass sonst keine Energie z.B. zu Überwindung des Ohmschen Widerstandes gebraucht wird, was aber der Fall ist! Fazit: Der Strom ist nicht sofort voll da.
Schaltest du später die 2 A schlagartig ab, müsste auch das Feld schlagartig verschwinden und damit auch die 40 mJ Energie. Die können sich aber nicht in nichts auflösen. Während das Magnetfeld zusammenbricht, gibt es diese Energie in die Leitung zurück. Dabei sinkt der Strom nur so langsam ab, wie das Magnetfeld zusammenbricht. Wie kann er das, wenn die Leitung unterbrochen ist? Das zusammenbrechende Magnetfeld ruft eine Spannung hervor, die so groß ist, dass der Strom die auseinandergezogene Verbindung überspringen und weiterfließen kann.
Auf diese Weise funktioniert z.B. die Zündspule im Pkw: Mit 12 V Spannung würde man nie einen Zündfunken kriegen. Man unterbricht den Stromfluss in einer Spule, die sich das aber nicht gefallen lässt, sondern eine mehrere hundert Volt hohe Spannung mit Funkenüberschlag erzeugt.
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