Physik Elektrodynamik – Induktion
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15 KartenWas besagt das Faradaysche Induktionsgesetz in Integralform?
Rückseite
Die induzierte Spannung entlang eines geschlossenen Leiters equals minus die zeitliche Ableitung des magnetischen Flusses durch die vom Leiter umspannte Fläche: U_ind = -dΦ/dt.
Wie lautet die Lenzsche Regel und was drückt das Minuszeichen im Faradayschen Gesetz aus?
Rückseite
Der induzierte Strom wirkt so, dass sein Magnetfeld der Änderung des äußeren Flusses entgegenwirkt – das Minuszeichen kennzeichnet diese Gegenwirkung (Energieerhaltung).
Wie berechnet man den magnetischen Fluss Φ durch eine Fläche?
Rückseite
Φ = ∫ B·dA = B·A·cos(α), wobei B die magnetische Flussdichte, A die Flächengröße und α der Winkel zwischen B und Flächennormalen ist.
Welche Formel gilt für die induzierte Spannung in einem geraden Leiter der Länge l, der senkrecht zu B mit Geschwindigkeit v bewegt wird?
Rückseite
U_ind = B·l·v (Lorentzkraft auf freie Elektronen), Richtung nach der Rechten-Hand-Regel: Daumen = v, Zeigefinger = B, Mittelfinger = Stromrichtung.
Wie lautet die induzierte Spannung in einer Spule mit N Windungen bei änderlichem Fluss?
Rückseite
U_ind = -N·dΦ/dt; bei konstanter Flussänderung vereinfacht zu U_ind = -N·ΔΦ/Δt (Spannung proportional zur Windungszahl).
Was ist Selbstinduktion und wie definiert sich die Induktivität L?
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Selbstinduktion: Eine Spule induziert in sich selbst eine Gegen-Spannung bei Stromänderung. L = Φ/I = N·Φ/I (Einheit: Henry = Vs/A).
Wie berechnet man die Induktivität einer langen Luftspule (Länge l, Querschnitt A, Windungszahl N)?
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L = μ₀·N²·A/l; bei Eisenkern multipliziert man mit der relativen Permeabilität μ_r (L = μ₀·μ_r·N²·A/l).
Welche Energie speichert eine Spule mit Induktivität L bei Strom I im Magnetfeld?
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E_mag = ½·L·I²; die Energie wird beim Einschalten zugeführt und beim Ausschalten (z. B. als Lichtbogen) wieder freigesetzt.
Was sind Wirbelströme (Foucault-Ströme) und wo treten sie auf?
Rückseite
Induzierte Ringströme in massiven Leitern bei änderlichem B-Feld; verursachen Verluste (Joule-Wärme) in Transformatorblechen und Motoren.
Wie verringert man Wirbelstromverluste in Transformator-Kernen?
Rückseite
Durch Schichtung: isolierte, dünne Bleche (Dynamoblech) parallel zum Fluss begrenzen Wirbelstromwege und reduzieren Verluste drastisch.
Wie lautet das Übersetzungsverhältnis eines ideale Transformators?
Rückseite
U₁/U₂ = N₁/N₂ = I₂/I₁; Spannung proportional zur Windungszahl, Strom umgekehrt proportional (Leistungserhaltung P₁ = P₂).
Welches Prinzip nutzt ein Generator zur Erzeugung von Wechselspannung?
Rückseite
Eine Spule rotiert im homogenen Magnetfeld → sinusförmige Flussänderung → induzierte Wechselspannung U = U_max·sin(ωt) mit U_max = N·B·A·ω.
Was beschreibt die gegenseitige Induktivität M zwischen zwei Spulen?
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M = Φ₁₂/I₂ = Φ₂₁/I₁; koppelter Fluss einer Spule durch den Strom der anderen. Induzierte Spannung: U₁ = -M·dI₂/dt.
Was ist der Kopplungskoeffizient k und welchen Wertebereich hat er?
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k = M/√(L₁·L₂); misst den Flussanteil, der beide Spulen durchdringt. 0 ≤ k ≤ 1 (k=1: idealer Transformator, volle Kopplung).
Welche Maxwell-Gleichung beschreibt die Induktion in Differentialform?
Rückseite
∇ × E = -∂B/∂t; ein zeitlich veränderliches Magnetfeld erzeugt einen Wirbel elektrischer Feldstärke (Induktionsgesetz lokal).