Die elektromagnetische Induktion in Experimenten


Zur Formulierung des Induktionsgesetzes


Die beiden beschriebenen Grundexperimente zur Erzeugung einer Induktionsspannung (Relativbewegung zwischen Magnet und Spule, Veränderung der Stärke des Magnetfeldes eines Elektromagneten) führen zu folgendem Ergebnis:

In einer Spule wird eine Spannung induziert, solange sich das von der Spule umschlossene Magnetfeld ändert.

Diese Formulierung kennzeichnet das Allgemeine der beiden durchgeführten Experimentierfolgen. Wenn auch das Wesen der Induktion in beiden Experimentieranordnungen das gleiche ist, so sollte doch eine getrennte Formulierung der beiden Erkenntnisse erfolgen. Das ist auch aus der Sicht der Nutzung der elektromagnetischen Induktion im ersten Falle im Generator und im zweiten im Transformator sinnvoll. Dadurch liegen folgende Teilformulierungen nahe, die nach dem Abschluß der jeweiligen Experimentierfolge von den Schülern gewonnen werden können.
  1. In einer Spule wird eine Spannung induziert, solange sich durch Relativbewegung zwischen Spule und Magnet das von der Spule umfaßte Magnetfeld ändert.
  2. In einer Spule wird eine Spannung induziert, solange sich die Stärke des von der Spule umfaßten Magnetfeldes ändert.
Diese Formulierungen werden durch halbquantitative oder quantitative ergänzt. In der Sekundarstufe II ist durch Einführung der physikalischen Größe "magnetischer Fluß" eine präzisere Formulierung der Bedingungen für das Auftreten einer Induktionsspannung in der Form möglich.

Eine Induktionsspannung tritt auf, wenn sich der magnetische Fluß, der von einer Leiterschleife (Spule) umschlossen wird, ändert.

Da in der Sekundarstute II auch der Begriff der Lorentzkraft zur Verfügung steht, empfiehlt sich dessen angemessene Berücksichtigung bei der Formulierung der Bedingungen für die elektromagnetische Induktion. Dieses Vorgehen liegt nicht nur nahe, sondern bringt auch wesentliche Vorzüge mit sich. In allen Anordnungen, bei denen eine Induktionsspannung infolge einer Bewegung auftritt, liegt immer eine Relativbewegung von Leiterteilen quer zu den magnetischen Feldlinien vor. Die an diesen Teilen auftretenden Induktionsspannungen sind ausnahmslos unter Verwendung des Begriffs Lorentzkraft erklärbar.
Die Gesamtspannung ergibt sich als Summe der Teilspannungen, wobei deren Polarität beachtet werden muß.
Hinsichtlich des zweiten Grundexperiments (sich veränderndes magnetisches Feld) bereitet eine Zurückführung auf die Lorentzkraft Schwierigkeiten und soll deshalb nicht versucht werden,

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