Die elektromagnetische Induktion in Experimenten
Vorbemerkungen
Die elektromagnetische Induktion stellt eine - sowohl aus physikalischer als auch aus
technisch-praktischer Sicht - äußerst bedeutsame Erscheinung dar. Physikalisch
belegt sie die enge Verknüpfung von elektrischen und magnetischen Feldern. Sie zeigt,
dass jedes sich verändernde magnetische Feld untrennbar mit einem elektrischen Feld
verknüpft ist. Aus technischer Sicht stellt sie die unmittelbare Basis ganzer
Industriezweige dar. Ein Leben ohne elektromagnetische Induktion ist für uns
unvorstellbar.
Die elektromagnetische Induktion ist die Grundlage der Umwandlung mechanischer Energie in
elektrische Energie mit einem sehr hohem Wirkungsgrad. Fast unsere gesamte Elektroenergie
wird auf diesem Wege gewonnen. Diese Umwandlung vollzieht sich in Generatoren.
Die elektromagnetische Induktion ermöglicht die verlustarme Übertragung elektrischer
Energie durch Umspannen. Nur dadurch ist es möglich, elektrische Energie wirtschaftlich
über sehr große Entfernungen zu transportieren. Das Umspannen erfolgt in
Transformatoren, die auch im Haushalt dafür sorgen, dass jedes Gerät mit der
erforderlichen Spannung versorgt wird.
Die elektromagnetische Induktion ermöglicht die verlustarme Rückverwandlung von
elektrischer Energie in mechanische Energie. Das erfolgt in der Technik meistens durch
Drehstrommotoren. Das magnetische Drehfeld versetzt den Anker durch Induktionseffekte in
Bewegung.
Die elektromagnetische Induktion ermöglicht die leistungsarme Begrenzung der elektrischen
Stromstärke im Wechselstromkreis. Diese Begrenzung erfolgt durch Drosselspulen, die
infolge der Selbstinduktion die Stromstärke bzw. die Spannung verringern, ohne dass
dabei wesentliche Teile der elektrischen Energie -wie bei einem ohmschen Widerstand- in
thermische Energie umgewandelt werden.
Die elektromagnetische Induktion stellt eine wesentliche physikalische Grundlage der Erzeugung
elektromagnetischer Schwingungen dar. Dabei wirkt die Induktivität einer Spule mit der
Kapazität eines Kondensators zusammen, so dass periodisch elektrische Feldenergie
in magnetische Feldenergie und umgekehrt umgewandelt wird.
Schließlich ist die elektromagnetische Induktion Grundlage der Erzeugung und des Wesens
elektromagnetischer Wellen. Eine Antenne (Dipol) schwingt auf Grund ihrer Induktivität
(und Kapazität) als Sendeantenne in ihrer Eigenfrequenz. Das Entstehen erzwungener
Schwingungen in der Empfangsantenne ist ebenfalls teilweise auf den Induktionsvorgang
zurückzuführen.
Im Folgenden wird als Anregung für eine attraktive und anschauliche Unterrichtsgestaltung
ein Überblick über experimentelle Möglichkeiten gegeben. Die dabei gewählte
Abfolge in der Darstellung und Untersuchung der Phänomene ist eine mögliche, die
entsprechend den Wünschen und Bedingungen verändert werden kann. Das betrifft
insbesondere die Einordnung des Lenzschen Gesetzes, der Selbstinduktion und der
Wirbelströme sowie der Induktionserscheinungen bei Verwendung von Wechselstrom.
weiter