Das Induktionsgesetz besagt, daß die in eine Leiterschleife induzierte Spannung gleich der zeitlichen Änderungsgeschwindigkeit des magnetischen Flusses, der durch sie hindurchgeht ist.
Bild I.1: Lage und Richtung der induzierten Größen und ihrer Ursache
Formel I.1: Das Induktionsgesetz für Erzeugerzählpfeile
Das Vorzeichen in der Formel hängt vom gewählten
Richtungssinn ab. Wenn man Verbraucherzählpfeile verwendet, sind
die Leistungen
U
mal
I,
die man
in das System hineinschickt positiv. Wenn man Erzeugerzählpfeile wie
in der Abbildung verwendet, sind Leistungen, die aus dem System kommen
positiv. Der eingetragene Stromzählpfeil entspricht dem mathematisch
positiven Drehsinn, wobei die Größe des Stroms bei positiver
Flußänderung in Zählpfeilrichtung negativ wäre.
(
Rechte-Hand-Regel,
Lenzsche Regel)
Die Formel bezieht sich gemäß Definition des magnetischen
Flusses nur auf den Anteil des Magnetfelds, der
senkrecht zur Spulenebene steht.
Wodurch die Änderung des magnetischen Flusses verursacht wird, ist
egal. Die in dem Induktionsgesetz angegebene Spannung tritt in jedem Fall auf.
Einige der zahlreichen Möglichkeiten dieser Änderung sind
Drehung einer Leiterschleife im Magnetfeld, Bewegung von außen
in ein Feld hinein und wieder heraus, Austausch des Kernmaterials
während der Strom fließt, Änderung des einwirkenden
Feldes durch Stromänderung an der felderzeugenden Spule oder
durch Annäherung eines Permanentmagneten,
Längenänderung des magnetischen Kreises.
Daher gilt das I. für Elektromotoren, Generatoren,
Transformatoren,
Schaltnetzteile, Wirbelstrombremsen, Mikrophone, Fahrradtachos usw.
Es ist also eine Grundlage für die Entwicklung aller elektrischer
Maschinen.
Das I. lässt sich durch die Lorentzkraft bestätigen, wenn man sich eine offene rechteckige Drahtschleife in einem Magnetfeld vorstellt, die durch einen mit Schleifkontakten auf paralellen Leitern gleitenden Verbindungsdraht kontinuierlich vergrößert wird. Die Lorentzkraft des Magnetfelds auf die Elektronen in diesem bewegten Leiter verursacht dann eine Spannung, die genau der Spannung entspricht, die man auch durch das I. wegen der Flächen- und damit Flußänderung der Leiterschleife erhalten würde.
Bei den Transformatoren führt das I. zu der Spannungserzeugungsformel.
Genauso, wie man die Formel des I. umstellen kann, kann man auch den Wirkungszusammenhang umkehren, d.h. eine angelegte Spannung verursacht eine Änderung des magnetischen Flusses.
Die Grundlage des I. sind die Maxwellschen Gleichungen, die aber über den Rahmen dieses Lexikons hinausführen würden und in der Praxis für Transformatoren zu umständlich anzuwenden sind.