Selbstinduktion [Bearbeiten]
Wirkprinzip [Bearbeiten]
Elektrische Leiter oder Spulen, die durch den Stromfluss ein Magnetfeld erzeugen (Elektromagnetismus), können durch diesen Vorgang auch in sich selbst wieder eine Spannung induzieren. Dieser Vorgang wird Selbstinduktion genannt. Die Polarität der selbst-induzierten Spannung ist dabei der Erregerspannung entgegengerichtet. Technisch wird die Selbstinduktion in vielfacher Weise benutzt.
Störende oder gefährliche Spannungsveränderungen in der Leitung, zum Beispiel durch Ab- oder Zuschalten großer Verbraucher oder durch Blitzeinschlag, können durch Einbau einer Drossel gedämpft werden. Bei Wechselstrom wachsen die Selbstinduktion und die bremsende Gegenspannung mit der Frequenz, da mit deren Zunehmen auch eine Zunahme der Magnetfeldänderung einhergeht. Die Selbstinduktion wird auch genutzt, um mit einer Zündspule den Zündfunken bei Ottomotoren oder die erforderliche hohe Zündspannung bei Leuchtstofflampen zu erzeugen. Die Wirkung entsteht, wenn der Stromfluss durch die Zündspule übergangslos unterbrochen wird. Das dann abrupt zusammenbrechende Magnetfeld erzeugt eine hohe Gegenspannung.
Gesetz der Selbstinduktion [Bearbeiten]
In einer Spule der Länge l mit n Windungen, in der ein elektrischer Strom I fließt, entsteht das Magnetfeld mit der Feldstärke H
H = I \cdot \frac{n}{l}
und die Flussdichte B ergibt sich mit den vom Spulenkern abhängigen Materialkonstanten μr und der magnetischen Feldkonstanten μ0 = 4 · π · 10-7 H/m.
B\, =\mu_r \cdot \mu_0 \cdot H
=\mu_r \cdot \mu_0 \cdot I \cdot \frac{n}{l},
Wegen Φ = B · A folgt dann
U_{\rm ind}\, =\,- n \cdot \frac{\mathrm{d}\Phi}{\mathrm{d}t}
=\,- n \cdot \mu_r \cdot \mu_0 \cdot \frac{\mathrm{d}I}{\mathrm{d}t} \cdot A \cdot \frac{n}{l}
=\,- (\mu_r \cdot \mu_0 \cdot A \cdot \frac{n^2}{l}) \cdot \frac{\mathrm{d}I}{\mathrm{d}t}.
Die erste Klammer enthält nur Maße und (Material-)Konstanten der Spule und wird als ihre Induktivität L bezeichnet, d. h.
U_{\rm ind} = - L \cdot \frac{\mathrm{d}I}{\mathrm{d}t}= - L \cdot \dot I.
Die Änderung des Stroms in einer Spule induziert also in der Spule selbst eine Spannung.
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