1.1 Das Induktionsgesetz Christian Oersted entdeckte 1820, dass elektrische Ströme magnetische Felder erzeugen. Der englische Naturforscher Michael Faraday war wie Oersted überzeugt, dass alle Naturkräfte miteinander zusammenhängen. Daher suchte er nach der Umkehrung von Oersteds Entdeckung und setzte sich als Ziel „Convert magnetism into electricity“. Im Jahr 1831 war es erreicht. Mit mehreren verschiedenen Experimenten hatte er sich überzeugt, dass nur veränderliche Magnetfelder Ströme verursachen, konstante Magnetfelder aber nicht. Dieses Phänomen nannte er Induktion. In einem dieser Versuche (10.2) hatte er über einen Weicheisenring zwei Spulen aus isoliertem Kupferdraht gewickelt. Die erste Spule (Primärspule) schloss er an eine Batterie an, um im gesamten Ring ein Magnetfeld zu erzeugen. Die zweite Spule (Sekundärspule) schloss er mit einem Draht kurz, den er zum Stromnachweis über eine Magnetnadel führte. Er beobachtete beim Einschalten des Batteriestroms einen Ausschlag der Magnetnadel, die kurz danach wieder in der Nord-Süd-Richtung zur Ruhe kam. Beim Ausschalten schlug die Nadel in die umgekehrte Richtung aus. Offensichtlich war beim Ein- und Ausschalten des Stroms in der Primärspule kurzzeitig in der Sekundärspule Strom geflossen. Bei konstantem Strom durch die Primärspule zeigte die Magnetnadel keinen Ausschlag, es floss also durch die Sekundärspule kein Strom. Untersuche, überlege, forsche: Faradays Experiment 10.1 E3 Untersuche die Rolle des Magnetfelds. Schließe ein Voltmeter an einer Drahtspule (ohne Eisenkern!) an. Schiebe einen Stabmagneten in die Spule. Untersuche, wie der Zeigerausschlag des Voltmeters durch Bewegen des Magneten beeinflusst wird. Analysiere, wodurch ein großer Ausschlag erreicht wird. Wie kommt der Strom vom Kraftwerk zu unseren Haushalten? Magnetfeld und Magnetfeldlinien Magnetismus zeigt sich als Wechselwirkung von Magneten und stromdurchflossenen Leitern (z. B. in Spulen) mit anderen Objekten. Er wird mittels eines Feldes (Magnetfeld B) beschrieben. Das Feld wird bildlich durch Feldlinien dargestellt. In der Umgebung des felderzeugenden Magneten zeigen sie die Richtung der Kraft, die auf den magnetischen Nordpol kleiner Magnete wirken würde. Je stärker das Feld ist, desto enger nebeneinander werden die Feldlinien gezeichnet. Feldlinien treten am Nordpol eines Magneten aus und treten am Südpol wieder ein, im Magneten verlaufen sie zum Nordpol und bilden dadurch geschlossene Feldlinien. Ein frei drehbarer Stabmagnet richtet sich im Erdmagnetfeld so aus, dass ein Ende des Stabes nach Norden zeigt, dieses wird Nordpol des Magneten genannt. Das andere Ende heißt magnetischer Südpol. 10.1 Hochspannungsleitungen verbinden Kraftwerke mit Städten und Industrieanlagen mit hohem Energiebedarf. 10.2 Skizze aus Faradays Versuchsheft von 1831. Um einen Eisenring wickelte er zwei Drahtspulen A und B. Als er A an eine Batterie anschloss, stellte er einen kurzen Stromfluss in B fest und entdeckte dadurch die elektrische Induktion. 10.3 In der Simulation (wird über das digitale Zusatzmaterial zur Verfügung gestellt) kannst du die Auswirkungen der verschiedenen Einstellungen selbst untersuchen. 10 Elektrodynamik 1 Grundlagen der Elektrotechnik In diesem Kapitel erfährst du, – wie Generatoren und elektrische Motoren funktionieren. – warum die Erde ein Magnetfeld hat. – wodurch sich Wechselstrom von Gleichstrom unterscheidet. – wie elektrische Energie übertragen wird. y2v23m Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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