Induktion

Definition

Das Wort Induktion und seine Bedeutung kommen von dem lateinischen Wort "inductio" was so viel wie "(Her-)Einführung" bedeutet sowie von dem Verb "inducere" (hereinführen, induzieren).

Als Induktion bezeichnet man die Wechselwirkung von bewegten geladenen Teilchen, die magnetisch sind, und einem Magnetfeld.

Das Prinzip der Induktion finden wir z.B. bei einem Generator.

Die Induktion lässt sich aber auch in der Natur finden, z.B. bei der Entstehung von Polarlichtern.

Elektromagnetische und magnetische Induktion

Man unterscheidet zwischen der elektromagnetischen Induktion und der magnetischen Induktion.

Als eine elektromagnetische Induktion bezeichnet man das Entstehen elektrischen Spannung in einer Spule (Leiterschleife) durch eine Veränderung des magnetischen Feldes. Die entstehende Spannung heißt induzierte Spannung. Durch diese Induktion wird Wechselstrom zu Gleichstrom umgewandelt. Wechselstrom hat eine pulsierende (wechselnde) Stromstärke/-spannung und muss meist durch Transformatoren zu Gleichstrom umgewandelt werden.

Die magnetische Induktion ist eine physikalische Größe und wird oft auch Magnetfeld genannt.

Gesetze

1. Die Erkenntnisse zur elektromagnetischen Induktion sind im Induktionsgesetz zusammengefasst:

In einer Spule wird eine Spannung induziert, wenn sich das von der Spule umfasste Magnetfeld ändert.

Die Induktionsspannung ist umso größer,

• je schneller sich der räumliche Anteil des von der Spule umfassten Magnetfeldes ändert (je schneller man z. B. die Spule im Magnetfeld bewegt),
• je stärker sich das von der Spule umfasste Magnetfeld ändert,
• je schneller die Änderung der Stärke des Magnetfeldes erfolgt.

(Quelle: http://www.schuelerlexikon.de/SID/a1b57e67ba135989dc673c88da79b8bc/lexika/physik/cont/cont0000/cont0021/full.htm, Datum: 05.02.2010)

2. Lenzsche Gesetz

Der Induktionsstrom ist stets so gerichtet, dass er die Ursache seiner Entstehung zu hemmen sucht.

Das Bedeutet: Die Richtung des Induktionsstroms ist nicht zufällig sondern wirkt der Ursache seiner Entstehung entgegen.

Das Gesetz wurde nach dem Physiker Heinrich Lenz benannt.

(Quelle:http://devserv.helliwood.de/sl_fullmobile_store/mobile_physik/Heinrich_Friedrich_Emil_Lenz.htm)

• Beweis und Versuch: Die Wirbelstrombremse (Siehe "Verwendung im Alltag").

Geschichte

Der englische Physiker Michael Faraday (1791-1867) endeckte 1831 die elektrische Induktion und das Induktionsgesetz.

Vorher gab es Vermutungen, dass es einen Zusammenhang zwischen Elektrizität und Magnetismus gibt. Der Physiker Hans Christian Ørsted (14.08.1777-09.03.1851) bemerkte in einem Versuch, dass eine Magnetnadel in der Nähe eines elektrischen Leiters abgelenkt wird, wenn man den Strom einschaltet. André-Marie Ampère (20.01.1775-10.06.1836) und Michael Faraday entwickelten die Versuche weiter bis Faraday die elektromagnetische Induktion fand.

Verwendung im Alltag

Induktion wird in vielen Bereichen genutzt. Die wichtigsten Anwendungen der elektromagnetischen Induktion sind Generatoren und Transformatoren.

• Induktionskochplatten, die ihr Magnetfeld so aufbauen, dass ein Widerstand (Topfboden) erhitzt wird, weil Strom durch ihn hindurchfließt
• Datenspeicherung: ID-Karten, Karten zu Erkennung einer Person (Firmenpass, Skiausweis etc.)
• Transformatoren (in Handys, Netzteilen etc.)
• Induktionsschleifen: in Straßen (zur Verkehrsüberwachung)
• in Mikrofonen (z.B. Telefonhörer), Lautsprecher
• in Tonbandgeräten
• Wirbelstrombremse (siehe Lenzsche Gesetz)

Induktionskochherd

Unter der Kochfläche aus Glaskeramik erzeugen die Induktionsspulen rasch wechselnde Magnetfelder. Wenn man nun den Topf auf die Kochplatte stellt, enstehen Wirbelströme durch die magnetischen Wechselfelder. So entsteht die Wärmeentwicklung direkt im Boden des Topfes. Deshalb funktioniert dieser Herd nur bei magnetischen Topfböden. Wenn man den Topf von der Kochplatte nimmt, bricht die Energiezufuhr sofort ab.

Bild: [1]

Hochfrequenzerwärmung

Mit einem Hochfrequenzgenerator, der zur Erzeugung von Hochfrequenzspannungen bzw. -schwingungen genutzt wird, wird die Energie eines hochfrequenten elektromagnetischen Feldes umgewandelt. Elektrisch gut leitende Stoffe wie z.B.Metalle werden bei induktiver Erwärmung (z.B. beim Glühen, Schmelzen, Härten oder Schweißen) durch induzierte Wirbelströme stark erhitzt.

Induktionsschleifen

Die häufigste Methode zur Erkennung von Fahrzeugen ist die Induktionsschleife.

Versuch

Wir bewegen einen Elektromagnet vor einer Spule. Das Messgerät zeigt wieder eine Spannung an, gleichgültig, ob der Elektromagnet oder die Spule bewegt wird.

Die Spannung wird größer durch

• eine größere Geschwindigkeit beim Bewegen,
• eine höhere Windungszahl bei der Spule,
• ein stärkeres Magnetfeld des Elektromagneten
• eine größere Querschnittsfläche der Spule
• einer Spule mit EisenkernLink-Text