Welche Richtung hat der induzierte Strom? Lerne, die Änderung des magnetischen Flusses zu erkennen und daraus Feldrichtung, Spulenpol und Stromrichtung Schritt für Schritt abzuleiten.
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Drei kurze Aufgaben helfen dir, deinen Startpunkt zu finden. Wenn du unsicher bist, wähle „Weiß ich noch nicht“.
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Lösungen mit Erklärungen
Nordpol – Der induzierte Strom wirkt der Flussänderung entgegen. Am zugewandten Ende entsteht ein Nordpol.
-1 – U = −100 · 0,001/0,1 = −1 V.
0,6 – W = 2 · 0,3 = 0,6 J. Die zugeführte Energie kann elektrisch und als Wärme umgesetzt werden.
Die Lenzsche Regel beschreibt die Richtung der elektromagnetischen Induktion. Fließt in einem geschlossenen Leiterkreis ein induzierter Strom, erzeugt dieser selbst ein Magnetfeld. Dieses wirkt der Flussänderung entgegen, die den Induktionsvorgang auslöst.
Das entscheidende Wort lautet Änderung. Nimmt der äußere Fluss in einer Richtung zu, wirkt das induzierte Feld dieser Zunahme entgegen. Nimmt er ab, versucht die induzierte Wirkung die Abnahme zu vermindern.
„Entgegenwirken“ bedeutet nicht, dass jede Änderung vollständig verhindert wird. Bei einem realen Kreis kann sich der Fluss trotz der Gegenwirkung ändern. Die Regel gibt die Richtung der Wirkung an, nicht automatisch deren Stärke.
Der Satz „Das induzierte Feld ist immer entgegengesetzt zum äußeren Feld“ ist falsch. Bei abnehmendem Fluss kann es das vorhandene Feld in dessen Richtung unterstützen.
Lernschritt 2
Nordpol annähern oder entfernen
Annähern → nahes Spulenende N. Der rechtsgerichtete äußere Fluss nimmt zu. Das induzierte Feld zeigt nach links und wirkt der Zunahme entgegen.
Grün: Bewegung v. Braun: nur das induzierte Feld B ind. Die Buchstaben an der Spule bezeichnen ihre induzierten Pole.
Geschlossener Kreis, langsamer Vorgang im überwiegend ohmschen Modell. Die Pole bestehen während der Induktionswirkung, nicht dauerhaft nach dem Anhalten.
Entfernen → nahes Spulenende S. Der rechtsgerichtete äußere Fluss nimmt ab. Das induzierte Feld zeigt nach rechts und vermindert diese Abnahme.
Grün: Bewegung v. Braun: nur das induzierte Feld B ind. Die Buchstaben an der Spule bezeichnen ihre induzierten Pole.
Geschlossener Kreis, langsamer Vorgang im überwiegend ohmschen Modell. Die Pole bestehen während der Induktionswirkung, nicht dauerhaft nach dem Anhalten.
Der Nordpol des Stabmagneten zeigt in beiden Fällen zur Spule. Sein äußeres Feld durchsetzt sie hier nach rechts. Wir vergleichen langsame Bewegungen in einem geschlossenen, überwiegend ohmschen Stromkreis; ausgeprägte Verzögerungen durch Selbstinduktion werden im Modell vernachlässigt.
Annähern: Der nach rechts gerichtete äußere Fluss nimmt zu. Das induzierte Feld zeigt nach links und wirkt der Zunahme entgegen. Das dem Magneten zugewandte Spulenende wird zum Nordpol. Nordpol und Nordpol stoßen sich ab.
Entfernen: Der nach rechts gerichtete äußere Fluss nimmt ab. Das induzierte Feld zeigt nun nach rechts, um der Abnahme entgegenzuwirken. Das zugewandte Spulenende wird zum Südpol. Die Anziehung wirkt dem Entfernen entgegen.
Die Situation ist jeweils eine Momentaufnahme während der Bewegung. Hältst du den Magneten danach still, klingt der Induktionsstrom im betrachteten widerstandsbehafteten Kreis ab. Die eingezeichneten induzierten Pole bleiben dann nicht dauerhaft bestehen.
Lernschritt 3
In vier Schritten zur richtigen Richtung
Vorgehen · Schritt für Schritt
Nordpol nähert sich: die Richtung begründen
Der Magnet liegt links von der geschlossenen Spule, sein Nordpol zeigt zu ihr. Er wird näher herangeführt.
Vorgehen: Nordpol nähert sich: die Richtung begründen
Beobachtung / Entscheidung
Erklärung zum Schritt
Äußeres Feld in der Spule: nach rechts
1Die Feldrichtung bestimmen
Außerhalb tritt das Feld aus dem Nordpol aus und durchsetzt hier die Spule nach rechts.
Nach rechts gerichteter Fluss nimmt zu
2Die Änderung feststellen
Näheres Heranführen verstärkt im betrachteten Aufbau den Fluss.
Induziertes Feld: nach links
3Der Änderung entgegenwirken
Ein linksgerichteter Beitrag wirkt gerade der Zunahme nach rechts entgegen.
Nahes Spulenende: N Strom: gegen den Uhrzeigersinn
4Pol und Stromrichtung ableiten
Blick vom Magneten auf die Spule: Das induzierte Feld tritt dir entgegen aus dem nahen Ende aus. Rechte-Hand-Regel verwenden.
Ergebnis: Das nahe Ende wird Nordpol und stößt den nahenden Nordpol ab. Beim Blick von der anderen Seite kehrt sich die sichtbare Umlaufrichtung um.
Merke die Reihenfolge: äußeres Feld → Änderung → induziertes Feld → Pol und Strom. Ohne den Änderungsschritt lässt sich die Richtung nicht entscheiden.
Lernschritt 4
Vom Spulenpol zur technischen Stromrichtung
Feste Blickrichtung: vom Magneten auf das nahe Spulenende. In beiden Fällen zeigt sein Nordpol zur Spule.
Links: Annähern. Strom gegen den Uhrzeigersinn, induzierter Nordpol, Feld zu dir hin (Punkt).
Rechts: Entfernen. Strom im Uhrzeigersinn, induzierter Südpol, Feld von dir weg (Kreuz).
Die Bilder zeigen den Blick vom Magneten auf das zugewandte Spulenende. Mit der rechten Hand umfasst du die Windungen: Die Finger folgen der technischen Stromrichtung, der Daumen zeigt zum Nordpol.
Beim Annähern des Nordpols muss das zugewandte Spulenende ein Nordpol werden. Aus der angegebenen Sicht fließt der technische Strom deshalb gegen den Uhrzeigersinn. Beim Entfernen wird das Ende zum Südpol; der Strom fließt im Uhrzeigersinn.
Die mittlere Elektronenbewegung im Metalldraht ist entgegengesetzt zur technischen Stromrichtung. Verwende beim Anwenden der hier beschriebenen Rechte-Hand-Regel nicht versehentlich die Elektronenrichtung.
Für das Vorzeichen an einem Voltmeter brauchst du zusätzlich die Zuordnung der Anschlüsse und die Wicklungsrichtung. Eine richtige Angabe „Nordpol an der Vorderseite“ legt allein noch nicht fest, welcher außen beschriftete Anschluss positiv angezeigt wird.
Lernschritt 5
Was ändert sich bei einem Südpol?
Nun zeigt statt des Nordpols der Südpol zur Spule. Das äußere Feld durch die Spule zeigt in unserer Anordnung nach links zum Magneten hin. Die gleiche Vier-Schritt-Methode funktioniert weiterhin.
Südpol annähern: Der nach links gerichtete Fluss nimmt zu. Das induzierte Feld zeigt nach rechts. Das zugewandte Spulenende wird zum Südpol, sodass es den nahenden Südpol abstößt.
Südpol entfernen: Der nach links gerichtete Fluss nimmt ab. Das induzierte Feld zeigt nach links. Das zugewandte Ende wird zum Nordpol und zieht den sich entfernenden Südpol an.
Für diesen axialen Magnet-Spulen-Versuch kannst du dir merken: Beim Annähern entsteht am nahen Spulenende derselbe Pol, beim Entfernen der entgegengesetzte. Die Begründung bleibt aber die Flussänderung. Für andere Geometrien ist die allgemeine Methode zuverlässiger als ein auswendig gelerntes Bild.
Durchgearbeitet: Ein Südpol entfernt sich
Vorgehen · Schritt für Schritt
Die Vier-Schritt-Methode auf den Südpol übertragen
Der Südpol links von der Spule zeigt zu ihr und wird nach links wegbewegt.
Blickrichtung und Modellbedingungen ausdrücklich beachten.
Vorgehen: Die Vier-Schritt-Methode auf den Südpol übertragen
Beobachtung / Entscheidung
Erklärung zum Schritt
Äußeres Feld: nach links
1Ausgangsrichtung bestimmen
Das äußere Feld zeigt in Richtung des Südpols.
Linksgerichteter Fluss nimmt ab
2Die Veränderung beschreiben
Die gleiche Feldrichtung bleibt bestehen, aber ihr Beitrag durch die Spule wird kleiner.
Induziertes Feld: ebenfalls nach links
3Die Abnahme vermindern
Hier wirkt das induzierte Feld in dieselbe Richtung wie das äußere Feld.
Nahes Ende: N Strom: gegen den Uhrzeigersinn
4Pol aus der Feldrichtung ableiten
Blick vom Magneten zur Spule: Das Feld tritt am nahen Ende aus. N zieht den sich entfernenden S an.
Ergebnis:Anziehung bremst hier das Entfernen. Das induzierte Feld ist also nicht grundsätzlich dem äußeren Feld entgegengesetzt.
Lernschritt 6
Das Minuszeichen im Induktionsgesetz
Wähle eine positive Flächennormale und die dazu passende positive Umlaufrichtung nach der rechten Hand. Für die mittlere orientierte Induktionsspannung gilt dann:
Uind, mittel = −N · ΔΦΔt
Beispiel · Schritt für Schritt
Das Vorzeichen nachvollziehbar berechnen
Der orientierte Fluss pro Windung steigt von +1 mWb auf +3 mWb in 0,20 s. Die Spule besitzt 100 Windungen.
Positive Normale festgelegt; positive Umlaufrichtung nach der rechten Hand.
Rechenweg: Das Vorzeichen nachvollziehbar berechnen
Rechnung
Erklärung zum Schritt
ΔΦ = (+3 − +1) mWb = +0,002 Wb
1Eine vorzeichenbehaftete Änderung bilden
Endwert minus Anfangswert ist hier positiv.
Uind, mittel = −100 · (+0,002 Wb) / 0,20 s
2Das Minuszeichen beibehalten
Es beschreibt die Gegenwirkung in der gewählten Orientierung.
Uind, mittel = −1,0 V
3Betrag und Richtung unterscheiden
Der Betrag ist 1,0 V; das Minus steht für die entgegengesetzte Richtung zur positiven Umlaufrichtung.
Ergebnis: Die orientierte mittlere Spannung beträgt −1,0 V. Bei umgekehrter Änderung, von +3 auf +1 mWb, ergeben sich unter denselben Bezugsrichtungen +1,0 V.
Das ist noch keine Anschlussbeschriftung für ein Voltmeter. Dessen Anzeige hängt zusätzlich von Wicklung und Anschlusszuordnung ab. Ein Minuszeichen heißt nicht, dass Induktion stets einen negativen Messwert liefert.
Lernschritt 7
Warum passt die Gegenwirkung zur Energieerhaltung?
Beim Annähern eines Nordpols an einen geschlossenen Leiterkreis entsteht im beschriebenen Versuch eine abstoßende Wirkung. Um die Bewegung aufrechtzuerhalten, musst du Arbeit gegen diese Wirkung verrichten. Beim Entfernen wirkt die Anziehung der Bewegung entgegen; auch dort ist Arbeit nötig.
Die zugeführte mechanische Energie kann in elektrische Energie und schließlich in Wärme im Widerstand umgewandelt werden. Der Magnet ist keine kostenlose Energiequelle. Würde die induzierte Wirkung eine solche Bewegung ohne Energiezufuhr dauerhaft verstärken, während zugleich Wärme abgegeben wird, wäre die Energiebilanz verletzt.
Bei offenem Stromkreis kann weiterhin eine Induktionsspannung auftreten. Ohne nennenswerten Induktionsstrom ist die entsprechende magnetische Rückwirkung im idealisierten Modell jedoch vernachlässigbar. Die Lenzsche Regel beschreibt dann die Polung beziehungsweise die Stromrichtung, die sich bei einem passenden geschlossenen Weg ergeben würde.
Lernschritt 8
Typische Fehler erkennen und begründen
„Induktion verhindert Bewegung.“ Zu allgemein. Im hier gezeigten passiven, geschlossenen Magnet-Spulen-Versuch wirkt sie der verursachenden Bewegung entgegen. Die grundlegende Aussage betrifft jedoch die Flussänderung, auch wenn sich gar kein Bauteil bewegt.
„Ein festgehaltener Magnet wird dauerhaft induktiv abgestoßen.“ Falsch für den betrachteten widerstandsbehafteten Kreis nach dem Abklingen. Ohne weitere Flussänderung bleibt kein dauerhafter Induktionsstrom.
„Anziehung bedeutet, dass die Regel verletzt ist.“ Nein. Beim Entfernen kann gerade eine Anziehung der Flussabnahme entgegenwirken.
Die Zeichnungen sind Erklärmodelle. Praktische Induktionsversuche nur mit geeigneten Schulbauteilen und Anleitung durchführen. Generator, Transformator und Selbstinduktion bauen auf diesen Grundlagen auf und werden getrennt vertieft.
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Lösungen mit Erklärungen
Nordpol – Der induzierte Strom wirkt der Flussänderung entgegen. Am zugewandten Ende entsteht ein Nordpol.
-5 – U = −100 · 0,005/0,1 = −5 V.
3 – W = 10 · 0,3 = 3 J. Die zugeführte Energie kann elektrisch und als Wärme umgesetzt werden.
Die Aufgaben sind unterschiedlich. Die Ergebnisse geben dir eine kurze Orientierung zu deinem Lernstand.
Passende Grundlagen rechnenMit dem Physikhelfer
Physikhelfer
Passende Grundlagen rechnen
Berechne als Grundlage den Betrag der mittleren Induktionsspannung aus Windungszahl, Flussänderung und Zeit. Die Lenzsche Regel bestimmt zusätzlich die Richtung beziehungsweise Polung; diese leitest du mit den Blickrichtungen und Aufgaben auf dieser Seite her. Wähle deine gesuchte Größe und lass dir den Rechenweg Schritt für Schritt zeigen.
Der Selbstcheck hilft dir zu erkennen, welchen Schritt du noch üben solltest. Rechne nach einer Korrektur eine ähnliche Aufgabe ohne Hilfe.
Häufige Fragen
Erzeugt ein Magnet bei der Induktion Energie aus dem Nichts?
Nein. Im belasteten Magnet-Spulen-Versuch wird mechanische Arbeit gegen die Rückwirkung verrichtet. Diese Energie kann elektrisch übertragen und in Wärme umgewandelt werden.
Gilt die Regel auch ohne Bewegung?
Ja. Entscheidend ist die Flussänderung. Ein veränderlicher Strom in einer benachbarten Spule kann diese auch bei ruhendem Aufbau verursachen.
Muss ich zuerst die Stromrichtung erraten?
Nein. Bestimme zuerst äußeres Feld und Flussänderung, danach das entgegenwirkende induzierte Feld. Erst dann leitest du mit der rechten Hand die technische Stromrichtung ab.
