Selbstinduktion < Elektrik < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
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Hallo!
wenn wir eine Spule mit ausreichend Induktivität in einen einfach Stromkreis bringen, so können wir eine Verzögerung im Anstieg der Stromstärke messen, wenn wir den Strom mittels Schalter "abrupt" einschalten.
Neben der Erläuterungen zur Selbstinduktion und Lenzschen Regel höre ich oft, dass ein Teil der elektrischen Energie vom Einschaltvorgang als Magnetfeldenergie in der Spule gespeichert werde, also die fehlende elektrische Energie zu Beginn in das magnetischen Feld fließe.
Nun stelle ich mir vor, wir wickeln die Spule ab, zu einem gerade Leiter. Der Widerstand dieses Leiters sollte gleich bleiben (oder?*) und es wird dann auch genauso viel Magnetfeld erzeugt, nur ist dieses langgestreckte Feld eben räumlich mehr ausgedehnt und nicht überlagert/verdichtet. Beim geraden Leiter tritt jedoch keine Verzögerung im Anstieg der Stromstärke nach dem Schließen des Schalters auf!
*[Oder ist es komplizierter, weil zum Beispiel die Geometrie eines Spulenmagnetfelds mehr Energie im Aufbau erfordert als das Feld eines geraden Leiters?]
Meine Frage ist daher: Darf der Aufbau des Magnetfelds als Grund für den anfänglichen Energieverlust/das Schwächeln der Stromstärke mit aufgeführt werden?
Freue mich sehr über Antworten!
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...Nachtrag: habe mittlerweile einen Verdacht - nur wenn ein Eisenkern in der Spule ist, wird Magnetfeldenergie gespeichert, weil Eisen Remanenz aufweist und das Ordnen Energie kostet. Was meint ihr?
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 19:40 Mo 02.03.2015 | | Autor: | Infinit |
Hallo Riesenradfahrrad,
da stellst Du eine interessante Frage, die Du Dir teilweise jedoch schon selbst beantwortest hast. Zunächst einmal wird jeder stromdurchflossene Leiter von einem in sich geschlossenen Magnetfeld umgeben. Das ist das berühmte konzentrische Magnetfeld eines langen stromdurchlossenen Drahtes oder auch die sich überlagernden Felder der Einzelwicklungen einer Spule.
Das beobachtbare Phänomen der Energiewandlung aus elektrischer Energie in Magnetfeldenergie beim Einschalten des Stromes und der umgekehrte Vorgang beim Ausschalten des Stroms, der zu einer kleinen Verlängerung des Stromflusses führt, dieses Phänomen tritt solwohl beim geraden Leiter wie auch bei der Spule auf. Die Wirkung ist jedoch beim geraden Leiter weitaus geringer als bei einer Spule und der Grund dafür liegt, wie Du ja schon vermutet hast, in der unterschiedlichen Geometrie beider Objekte. Die Einzelfeldstärken der einzelnen Drahtwindungen einer Spule summieren sich auf, das Magnetfeld ist beim Durchfluss der gleichen Stromstärke stärker als es bei einem geraden Leiter ist. Mit viel Liebe zur Mathematik könnte man mit Hilfe des Gesetzes von Biot-Savard die Magnetfeldstärkenverteilung eines beliebig aussehenden stromdurchflossenen Objektes berechnen, es ist jedoch eine langwierige Berechnung.
Generell wird immer beim Einschalten des Stroms ein Teil der zugeführten Energie zur Aufbau und zur Aufrechterhaltung des Magnetfeldes genutzt, dieser Anteil wird beim Abschalten des Stroms wieder freigesetzt.
Wenn Du nun in eine Spule noch einen magnetisierbaren Eisenkern einbringst, so werden auch die Elementarmagnete dieses Kerns durch den um ihn herum fließenden Strom in eine Richtung ausgerichtet werden, was zu einem entsprechend starken Magnetfeld führt. Der Ein- und Ausschalteffekt ist entsprechend ausgeprägter.
Viele Grüße,
Infinit
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Hallo Inifit,
vielen Dank für Deine so rasche Antwort. OK, auch der geradlinige Leiter (und jeder Leiter) hat eine Induktivität ungleich Null. Jedoch habe ich dazu noch zwei Rückfragen, falls Du gestattest:
1) Benötigt das Aufrechterhalten des Magnetfeldes in der Spule auch Energie? Man bedenke - NACH dem Einschaltvorgang leuchten zwei gleichartige Lampen parallel geschaltet gleich hell (die eine Lampe in Reihe mit Spule, die andere Lampe in Reihe mit einem Widerstand R=R_Spule).
2) Was ist mit einer Spule im Vakuum? Es müssen keine magnetischen Momente geordnet werden/es gibt keine Remanenz (oder doch?) - oder kalkuliert man bereits die magnetischen Momente des Spulenmaterials mit ein?
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| Status: |
(Antwort) fertig | | Datum: | 23:32 Mo 02.03.2015 | | Autor: | leduart |
Hallo
Du hast Recht, man braucht keine Energie um das Magnetfeld aufrecht zu erhalten.
ein Eisenkern erhöht die Induktivität und das Magnetfeld beim abschalten, bekommt man nicht die ganze Energie zurück. bei Weicheisen allerdings das meiste,
im Vakuum und Luft ist es dasselbe, keine Remanenz.
Guuß leduart
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