Induktion

hier: elektromagnetische (Elektromagnetismus) I. Das Induktionsgesetz, 1831 von Michael Faraday entdeckt, lautet: Liegt eine Leiterschleife in einem magnetischen Feld und damit in einem »magnetischen Fluß«, so erzeugt jede zeitliche Änderung der magnetischen Flußdichte im Leiter eine »induzierte« elektrische Spannung (Prinzip des Transformators). Das geschieht auch durch Bewegen der Leiterschleife in einem ruhenden Magnetfeld (Prinzip des elektrischen Generators). Die I. ist eine Folge der Wechselwirkungen zwischen elektrischen und magnetischen Feldern. Ein zeitlich veränderliches Magnetfeld ist ringförmig von elektrischen, ein elektrisches Feld von magnetischen Feldlinien umgeben. Elektrodynamik und Elektrotechnik, 1) elektromagnetische Induktion: in der klassischen Elektrodynamik die Erzeugung von elektrischen Feldern mit geschlossenen Feldlinien durch zeitlich veränderliche Magnetfelder; dabei umkreisen die elektrischen Feldlinien die Magnetfeldlinien. Die elektromagnetische Induktion wurde nach Vorarbeiten verschiedener Physiker während der 20er Jahre des 19.Jahrhundert von M. Faraday am 29.8.1831 mit einer Anordnung entdeckt, die einem heutigen Transformator ähnelt. Formal wird die Erscheinung durch das Faradaysche Induktionsgesetz beschrieben. Induzierter Strom und Spannung sind unabhängig von der Art, in der sich der Magnetfluss ändert (siehe Abb.). Die Drehung einer Leiterschleife in einem Magnetfeld erzeugt beispielsweise ebenso eine Induktion wie die Änderung der Schleifenfläche. Ein durch einen bewegten Magneten in einem Leiter induzierter Strom erzeugt seinerseits wieder ein Magnetfeld. Für die Richtung von induziertem Strom und Magnetfeldern stellte H. Lenz 1855 die sog. Lenzsche Regel auf: der induzierte Strom ist immer so gerichtet, dass das von ihm hervorgerufene Magnetfeld der Induktionsursache entgegenwirkt. Der Lenzschen Regel liegt der Energiesatz zugrunde.

Wird eine Metallscheibe durch ein Magnetfeld bewegt (z.B. Schwingung durch die Polschuhe eines Elektromagneten, Waltenhofen-Pendel), so werden in der Scheibe Wirbelströme induziert, die u.a. zur Dämpfung von unerwünschten Schwingungen, als Wirbelstrombremse oder zur Erzeugung kuppelnder Drehmomente genutzt werden. Die durch Wirbelströme bei Transformatoren oder Motoren verursachten Energieverluste (Wirbelstromverluste) sind reine Wärmeverluste (Joulesche Wärme, induktive Erwärmung).

Der von einem zeitlich veränderlichen Strom in einem Leiter erzeugte, ebenfalls zeitlich veränderliche Magnetfluss induziert sowohl in dem Leiter selbst (Selbstinduktion) als auch in anderen Leitern (gegenseitige Induktion) elektrische Spannungen. Die Selbstinduktivität L eines Leiters vermittelt dann den Zusammenhang F = LI zwischen Strom und magnetischem Fluss, für die induzierte Spannung gilt dann U_ind = - LdI / dt. Entsprechende Beziehungen gelten für die wechselseitigen Induktivitäten bzw. Gegeninduktionskoeffizienten L₁₂ und L₂₁ zwischen zwei Leitern 1, 2. Aufgrund der Selbstinduktion eines Leiters baut sich der elektrische Strom in realen Leitern mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung auf (Einschaltvorgang).

2) unipolare Induktion: Unipolarinduktion.

3) magnetische Induktion: magnetische Flussdichte.

4) elektrostatische Induktion, elektrische Induktion: selten gebrauchte, auf M. Faraday zurückgehende Bezeichnung für Influenz oder elektrische Erregung.

Induktion: a) Wird ein Stabmagnet in eine Leiterschleife bewegt, zeigt das Messgerät einen Spannungsstoss an; b) bei zwei Windungen ensteht eine doppelt so grosse Spannung. Weiterhin wird ein Spannungsstoss induziert durch c) eine in die Schleife bewegte stromdurchflossene Spule, d) Schliessen des Stromkreises einer unbewegten Spule innerhalb der Schleife, e) Drehen der Schleife im zeitlich und räumlich konstanten Magnetfeld und f) Ändern der von der Leiterschleife umschlossenen Fläche im konstanten Magnetfeld.