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Zündanlage

In allen Ottomotoren wird das Benzin-Luft-Gemisch durch einen elektrischen Funken entzündet. Dieser Funken entsteht durch einen Spannungsüberschlag zwischen den Elektroden einer Zündkerze. Der dazu erforderliche Spannungsstoß wird in einer Zündspule durch Induktion erzeugt.

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In allen Ottomotoren wird das Benzin-Luft-Gemisch durch einen elektrischen Funken entzündet. Dieser Funken entsteht durch einen Spannungsüberschlag zwischen den Elektroden einer Zündkerze. Der dazu erforderliche Spannungsstoß wird in einer Zündspule mittels Induktion erzeugt.

Die Energiequelle eines PKW ist seine Batterie. Unter den vielen in einem modernen Auto befindlichen Stromkreisen führt auch ein Stromkreis von der Batterie über einen mechanischen oder elektrischen Unterbrecher hin zu einer Zündspule. Die Zündspule arbeitet wie ein Transformator. Durch den Unterbrecher wird der elektrische Stromkreis geöffnet (Bild 1). Dabei fällt die Spannung an der Primärwicklung der Zündspule schlagartig ab. Dadurch kommt es zur Induktion einer Spannung in den Sekundärwicklungen der Zündspule. Die Windungszahl der Sekundärspule einer Zündspule übersteigt die Windungszahl der Primärspule um ein Vielfaches. Deshalb werden im Sekundärstromkreis sehr hohe Spannungen induziert, die Werte von 15000 V bis 20000 V erreichen. Im Sekundärstromkreis befindet sich eine Zündkerze. Sie besteht im wesentlichen aus zwei isolierten Elektroden. Der Abstand zwischen den Elektroden beträgt kaum mehr als 1 mm. Bei dieser geringen Distanz kann infolge der schlagartig im Sekundärstromkreis ansteigende Spannung zwischen den Elektroden ein Zündfunken überspringen. Der Zündfunken bringt das Benzin-Luft-Gemisch im Brennraum zur Explosion.
Da Ottomotoren in der Regel über mehr als einen Brennraum (Zylinder) verfügen, wird die in der Zündspule induzierte Spannung über einen Verteiler an mehrere Zündkerzen in der richtigen Reihenfolge "verteilt". Alternativ dazu besteht auch die Möglichkeit, jeden Zylinder mit seiner eigenen Zündspule auszustatten. Diese Bauform findet gegenwärtig allerdings kaum noch Anwendung.

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Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Zündanlage." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/index.php/schuelerlexikon/physik/artikel/zuendanlage (Abgerufen: 20. May 2025, 20:39 UTC)

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Anwendungen zur elektromagnetischen Induktion

Die elektromagnetische Induktion wird in vielfältiger Weise genutzt. Die Wirkungsweise von Generatoren zur Erzeugung von Elektroenergie und von Transformatoren zur Umformung dieser Energie basieren auf dem Induktionsgesetz. Weitere Beispiele für die Anwendung der elektromagnetischen Induktion sind Induktionsspulen zur Schaltung von Ampeln, Metalldetektoren, Induktionsherde und das Induktionshärten, Fehlerstromschutzschalter oder dynamische Mikrofone. Ausgewählte Beispiele werden in diesem Beitrag erläutert.

Generatoren

Generatoren dienen der Umwandlung von mechanischer Energie in elektrische Energie. Dabei wird das Induktionsgesetz genutzt. Fast alle Generatoren arbeiten nach dem Rotationsprinzip: Durch ein rotierendes Magnetfeld werden in fest stehenden Induktionsspulen Spannungen induziert (Innenpolmaschine) oder in rotierenden Induktionsspulen werden durch ein fest stehendes Magnetfeld Spannungen induziert (Außenpolmaschine).
Für die Elektroenergieversorgung nutzt man zumeist sinusförmigen Wechselstrom, dessen Entstehung für den elementaren Fall der gleichförmigen Rotation einer Leiterschleife in einem homogenen Magnetfeld leicht aus dem Induktionsgesetz ableitbar ist.

Grundversuche zur elektromagnetischen Induktion

Die elektromagnetische Induktion ist ein Vorgang, bei dem durch Bewegung eines elektrischen Leiters im Magnetfeld oder durch Änderung des von einem Leiter umschlossenen Magnetfeldes eine elektrische Spannung und ein Stromfluss erzeugt werden. Umfassend wird dieser Vorgang durch das Induktionsgesetz erfasst. Aus historischer Sicht wesentlich sind eine Reihe von Versuchen, die man als Grundversuche zur elektromagnetischen Induktion bezeichnet und mit denen gezeigt werden kann, unter welchen Bedingungen überhaupt eine Induktionsspannung entsteht und durch welche Faktoren der Betrag der Induktionsspannung beeinflusst wird. In dem Beitrag sind die wichtigsten Grundversuche zusammengestellt und erläutert. Sie waren letztlich die empirische Grundlage für die Formulierung des Induktionsgesetzes, das MICHAEL FARADAY 1831 fand.

Entdeckung der elektromagnetischen Induktion

Ausgangspunkt für die Entdeckung der Induktion waren Vorstellungen von der Einheit der Naturkräfte und vermutete Zusammenhänge zwischen Elektrizität und Magnetismus.
1820 bemerkte OERSTED in einem Versuch, dass eine Magnetnadel in der Nähe eines elektrischen Leiters abgelenkt wird, wenn man den Strom einschaltet. Andere Wissenschaftler, wie AMPÈRE und FARADAY, bauten die Versuche von OERSTED nach und entwickelten sie weiter. Dabei fand FARADAY 1831 die elektromagnetische Induktion.
Innerhalb von drei Monaten entwickelte er alle Grundversuche der Induktion und eine Urform eines elektrischen Generators.

Lenzsches Gesetz

HEINRICH FRIEDRICH EMIL LENZ (1804-1865) entdeckte 1833 bei seinen Untersuchungen zum elektrischen Strom und zu der von MICHAEL FARADAY (1791-1867) erforschten elektromagnetischen Induktion, dass die Richtung des Induktionsstromes nicht zufällig ist. Sie steht vielmehr in ursächlichem Zusammenhang mit der jeweiligen Ursache für das Entstehen einer Induktionsspannung. Es gilt:

Der Induktionsstrom ist stets so gerichtet, dass er der Ursache seiner Entstehung entgegenwirkt.

Dieses Gesetz, das nichts anderes ist als der Energieerhaltungssatz für die elektromagnetische Induktion ist, wird nach seinem Entdecker als lenzsches Gesetz oder lenzsche Regel bezeichnet.

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