Physik · Elektrizitätslehre · Grundlagen
Welche Richtung hat der induzierte Strom? Lerne, die Änderung des magnetischen Flusses zu erkennen und daraus Feldrichtung, Spulenpol und Stromrichtung Schritt für Schritt abzuleiten.
Der Änderung entgegenwirken
Der induzierte Strom wirkt der Flussänderung entgegen, die ihn hervorruft.
Er wirkt nicht grundsätzlich gegen das vorhandene Feld. Bei abnehmendem Fluss kann sein Feld in dieselbe Richtung zeigen.
Lernschritt 1
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
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
Überspringe den zweiten Schritt nicht. Dass der Nordpol zur Spule zeigt, reicht noch nicht zur Bestimmung des induzierten Spulenpols. Du musst außerdem wissen, ob er näher kommt, sich entfernt oder stillsteht.
Schreibe die Blickrichtung zur Skizze. „Im Uhrzeigersinn“ ist ohne Blickrichtung unvollständig: Derselbe Strom sieht von der anderen Seite betrachtet gegenläufig aus.
Lernschritt 4
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
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.
Lernschritt 6
Mit zusammenpassend festgelegter Flächenorientierung und Umlaufrichtung lautet das Induktionsgesetz für die mittlere orientierte Spannung:
Uind, mittel = −N ·
Das Minuszeichen drückt die Lenzsche Richtung aus. Es bedeutet nicht, dass ein Messgerät immer einen negativen Wert anzeigen muss. Wenn sich das Vorzeichen von ΔΦ ändert, wechselt auch das Vorzeichen der Induktionsspannung.
Beispiel: N = 100. Der orientierte Fluss steigt von 1 mWb auf 3 mWb in 0,20 s. Damit ist ΔΦ = +0,002 Wb.
Uind, mittel = −100 · = −1 V
Fällt derselbe Fluss stattdessen von 3 mWb auf 1 mWb, ist ΔΦ = −0,002 Wb. Bei denselben Bezugsrichtungen ergibt sich +1 V. Der Betrag ist gleich; die Polung ist umgekehrt.
Wenn in einer Aufgabe nur nach dem Spannungsbetrag gefragt wird, kann das Ergebnis als 1 V angegeben werden. Für eine Richtungsaufgabe musst du zusätzlich Bezug, Änderung und Polung erläutern.
Lernschritt 7
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
„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.
Dein Wissen anwenden
Löse die Aufgaben zuerst auf Papier. Öffne danach die Lösung. Bei einem Fehler führt dich der Link zur passenden Erklärung zurück.
Ein Nordpol. Er stößt den nahenden Nordpol ab und wirkt der Zunahme des äußeren Flusses entgegen.
Erklärung wiederholen →Ein Südpol. Die Anziehung wirkt dem Entfernen und damit der Flussabnahme entgegen.
Erklärung wiederholen →Nein. Es wirkt der Flussänderung entgegen. Bei abnehmendem Fluss kann es in dieselbe Richtung wie das äußere Feld zeigen.
Erklärung wiederholen →Ein Südpol. Die Abstoßung wirkt der Annäherung entgegen; das induzierte Feld wirkt gegen die Flusszunahme.
Erklärung wiederholen →Die Blickrichtung fehlt. Von der anderen Seite betrachtet erscheint dieselbe Stromrichtung gegen den Uhrzeigersinn.
Erklärung wiederholen →Uind, mittel = −50 · (−0,004 Wb) geteilt durch 0,10 s = +2 V. Das Vorzeichen gilt für die festgelegten zusammenpassenden Bezugsrichtungen.
Erklärung wiederholen →Der Selbstcheck hilft dir zu erkennen, welchen Schritt du noch üben solltest. Rechne nach einer Korrektur eine ähnliche Aufgabe ohne Hilfe.
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Buch, Preis und Details ansehen →Nein. Im belasteten Magnet-Spulen-Versuch wird mechanische Arbeit gegen die Rückwirkung verrichtet. Diese Energie kann elektrisch übertragen und in Wärme umgewandelt werden.
Ja. Entscheidend ist die Flussänderung. Ein veränderlicher Strom in einer benachbarten Spule kann diese auch bei ruhendem Aufbau verursachen.
Nein. Bestimme zuerst äußeres Feld und Flussänderung, danach das entgegenwirkende induzierte Feld. Erst dann leitest du mit der rechten Hand die technische Stromrichtung ab.
