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  6. Induktionsgesetz

Induktionsgesetz

In einer Spule wird eine Spannung induziert, wenn sich das von der Spule umfasste Magnetfeld ändert. Die Induktionsspannung ist umso größer,

  • je schneller sich das von der Spule umfasste Magnetfeld ändert (je schneller man die Spule bewegt),
  • je stärker sich das von der Spule umfasste Magnetfeld ändert.

Die in einer Spule induzierte Spannung hängt auch vom Bau der Spule ab. Das Induktionsgesetz wurde 1831 von dem englischen Naturforscher MICHAEL FARADAY (1791-1867) entdeckt.
Es ist eine wichtige Grundlage für den Bau von Generatoren und Transformatoren.

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In einer Spule wird eine Spannung induziert, wenn sich das von der Spule umfasste Magnetfeld ändert.
Das Magnetfeld kann sowohl durch Dauermagnete als auch durch Elektromagnete erzeugt werden. Die Änderung des Magnetfeldes kann durch Relativbewegung zwischen Spule und Magnet oder durch Änderung der Stärke des Magnetfeldes erfolgen (Bild 2).
Der Betrag der Induktionsspannung ist davon abhängig, wie schnell und wie stark sich das von der Spule umfasste Magnetfeld ändert. MICHAEL FARADAYs experimentelle Untersuchungen haben ergeben, dass gilt:
Die in einer Spule induzierte Spannung ist umso größer

  • je stärker sich das von der Spule umfasste Magnetfeld ändert,
  • je schneller die Änderung des von der Spule umfassten Magnetfeldes erfolgt.

Auch der Bau der Spule hat Einfluss auf den Betrag der Induktionsspannung. Insbesondere hängt die Induktionsspannung in einer Spule von ihrer Windungszahl und davon ab, ob sie einen Eisenkern besitzt.

Die in einer Spule induzierte Spannung ist umso größer,

  • je größer die Windungszahl und
  • die Querschnittsfläche der Spule sind.

Bei einer Spule mit Eisenkern ist die induzierte Spannung größer als in einer Spule ohne Eisenkern.
Alle diese Erkenntnisse lassen sich zum Induktionsgesetz zusammenfassen.

In einer Spule wird eine Spannung induziert, wenn sich das von ihr umfasste Magnetfeld ändert.
Die Induktionsspannung hängt von der Schnelligkeit und Stärke dieser Änderung und vom Bau der Spule ab.

Der durch eine Induktionsspannung hervorgerufene Strom wird als Induktionsstrom bezeichnet.
Die Richtung des Induktionsstromes ist davon abhängig, in welcher Weise sich das von der Spule umfasste Magnetfeld ändert.
Genauer sind diese Zusammenhänge im lenzschen Gesetz erfasst.

Das Induktionsgesetz ist die physikalische Grundlage für Bau und Wirkungsweise von Transformatoren und Generatoren. Auch bei Zündspulen von Kraftfahrzeugen, bei der Zündung von Leuchtstofflampen oder bei modernen Elektroherden (Induktionsherd) wird das Induktionsgesetz genutzt.

Das Induktionsgesetz wurde nach intensiven experimentellen Untersuchungen im Jahre 1831 von dem englischen Naturforscher MICHAEL FARADAY (1791-1867) entdeckt. Vorangegangen waren dieser Entdeckung andere wichtige Schritte. Der dänische Physiker HANS CHRISTIAN OERSTED (1777-1851) fand 1820 die magnetische Wirkung des elektrischen Stromes. Der Franzose ANDRÉ MARIE AMPÈRE (1775-1836) entdeckte die Kräfte zwischen den stromdurchflossenen Leitern und schuf die Grundlagen für den Elektromotor. OERSTEDs Entdeckung veranlasste FARADAY zur Umkehrung der Fragestellung, zur Suche der Erzeugung von elektrischem Strom durch Magnetismus. Mit einfachsten Versuchsgeräten gelang es ihm, in 10-jähriger Arbeit das Induktionsgesetz zu finden.

Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH): "Induktionsgesetz." In: Lernhelfer (Duden Learnattack GmbH). URL: http://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik/artikel/induktionsgesetz (Abgerufen: 20. May 2025, 06:59 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.

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.

Das Induktionsgesetz

Das Induktionsgesetz ist ein grundlegendes physikalisches Gesetz und die Grundlage für die Wirkungsweise solcher Geräte wie Transformatoren und Generatoren. In Worten kann man es so formulieren:
In einer Spule wird eine Spannung induziert, wenn sich das von der Spule umfasste Magnetfeld ändert. Der Betrag der Induktionsspannung ist umso größer, je schneller sich das von der Spule umfasste Magnetfeld ändert.
Eine allgemeine mathematische Formulierung des Induktionsgesetzes lautet:
U i = − N ⋅ d φ d t oder U i = − N ⋅ d ( B ⋅ A ) d t
Aus dieser allgemeinen Formulierung kann man alle wesentlichen Spezialfälle ableiten, insbesondere auch diejenigen, die der Wirkungsweise von Transformatoren und Generatoren zugrunde liegen.

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