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Drosselspule

Während man Gleichströme nur durch ohmsche Widerstände senken kann, lassen sich Wechselströme wirkungsvoll mithilfe von induktiven Widerständen verringern oder begrenzen. Spulen, die zu diesem Zweck in einen Wechselstromkreis eingebaut werden, nennt man Drosselspulen. Das physikalische Wirkungsprinzip von Drosselspulen beruht auf ihrer Selbstinduktion.

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Während man Gleichströme nur durch ohmsche Widerstände senken kann, lassen sich Wechselströme wirkungsvoll mithilfe von induktiven Widerständen verringern oder begrenzen. Spulen, die zu diesem Zweck in einen Wechselstromkreis eingebaut werden, nennt man Drosselspulen. Das physikalische Wirkungsprinzip von Drosselspulen beruht auf ihrer Selbstinduktion.

Durch Selbstinduktion wird in jeder Spule eine Spannung hervorgerufen, die nach dem lenzschen Gesetz der Ursache ihrer Entstehung entgegengesetzt gerichtet ist. Daher verringert diese Spannung den Stromfluss durch die Spule. Anders als beim ohmschen Widerstand erfolgt hierbei keine Umwandlung von elektrischer Energie in thermische Energie, die in Form von Wärme abgegeben wird.
Das Maß der Drosselung hängt von der Größe des induktiven Widerstandes der Spule ab. Dieser wird durch die Frequenz des Wechselstromes und die Induktivität der Spule festgelegt und beträgt:

X L = 2 π ⋅ f ⋅ L

Da die Induktivität ihrerseits von der Windungszahl, von der Querschnittsfläche und von der Länge der Spule sowie von dem Material des Spulenkerns abhängt, kann man für die angestrebte Stromdrosselung im Voraus eine optimal geeignete Spule berechnen und konstruieren. Drosselspulen werden als Luftspulen oder als Spulen mit Eisenkern gebaut. Da in Eisenspulen Energieverluste durch Wirbelströme immer am größten sind, versucht man bei Höchstspannungsanlagen nur mit Luftspulen auszukommen. Drosselspulen werden nach Möglichkeit immer so gebaut, dass ihr ohmscher Widerstand und damit die in thermische Energie umgewandelte elektrische Energie vernachlässigbar klein ist.

Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Drosselspule." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/drosselspule (Abgerufen: 30. June 2025, 08:46 UTC)

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Selbstinduktion und Induktivität

Eine stromdurchflossene Spule wird von einem Magnetfeld durchsetzt und ist auch von diesem Feld umgeben. Bei konstanter Stromstärke ist dieses Feld zeitlich konstant. Verändert sich die Stromstärke, so verändert sich auch die Stärke des Magnetfeldes, das von der Spule umschlossen wird. Damit wird nach dem Induktionsgesetz in der felderzeugenden Spule selbst eine Spannung induziert. Diese Erscheinung wird als Selbstinduktion, die entstehende Spannung als Selbstinduktionsspannung bezeichnet. Der Bau der Spule, der für den Betrag der Induktionsspannung eine erhebliche Rolle spielt, wird durch die Größe Induktivität charakterisiert.

Transformatoren

Transformatoren oder Umformer werden verwendet, um elektrische Energie eines Wechselstromes von einem Primärstromkreis auf einen Sekundärstromkreis zu übertragen. Bei dieser Übertragung kann man die Werte für die Spannungen und die Stromstärken verändern. Das Funktionsprinzip von Transformatoren beruht auf der elektromagnetischen Induktion, wobei die eine Spule als felderzeugende Spule und die andere als Induktionsspule dient.
Für die praktische Anwendung wesentlich ist die Anpassung eines Transformators an die jeweilige Belastung. In der Technik gibt es auch eine Reihe von speziellen Transformatoren, zu denen beispielsweise Netzgeräte oder Zündspulen gehören.

Wirbelströme

Wenn sich ein elektrisch leitender Gegenstand in einem Magnetfeld bewegt oder von einem zeitlich veränderlichen Magnetfeld umschlossen ist, dann werden in ihm Ströme induziert. Handelt es sich bei dem Leiter um einen langen Draht oder eine Spule, dann ist die Richtung des induzierten Stromes eindeutig vorgegeben. In räumlichen oder flächenhaften Metallstücken unterliegt die Stromrichtung turbulenten Veränderungen. Solche Ringströme bezeichnet man als Wirbelströme. Sie werden einerseits z.B. bei Wirbelstrombremsen genutzt, führen aber andererseits bei vielen elektrischen Maschinen, z.B. Transformatoren und Generatoren, zu Energieverlusten (Wirbelstromverlusten) und müssen dort möglichst klein gehalten werden.

Wissenstest, Elektromagnetische Induktion

Die elektromagnetische Induktion ist die physikalische Grundlage für die gesamte Elektrotechnik. In Generatoren wird mechanische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Mithilfe von Transformatoren lassen sich hohe Spannungen oder große Stromstärken erzeugen.

Mit dem Test können Sie prüfen, inwieweit Sie die grundlegenden Zusammenhänge und Gesetze der elektromagnetischen Induktion verstanden haben.  

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WISSENSTEST

Joseph Henry

* 17.12.1797 in Albany
† 13.05.1878 in Washington

Er war ein bedeutender amerikanischer Physiker, der sich vor allem mit dem Elektromagnetismus beschäftigte und Elektromagnete für industrielle Zwecke entwickelte. Nach ihm ist die Einheit der Induktivität benannt worden.

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