Elektromagnetische Induktion

Ein sich ändernder magnetischer Fluss induziert eine elektromotorische Kraft und ein elektrisches Feld, das Prinzip hinter Generatoren und Transformatoren.

Definition

Elektromagnetische Induktion ist die Erzeugung einer elektromotorischen Kraft und eines zirkulierenden elektrischen Feldes durch einen sich ändernden magnetischen Fluss, quantifiziert durch das Faradaysche Gesetz, wobei die induzierten Effekte der Änderung gemäß dem Lenzschen Gesetz entgegenwirken.

Scope

Dieses Thema behandelt das Faradaysche Induktionsgesetz, das Lenzsche Gesetz und die Richtung induzierter Effekte, die Bewegungs- und Transformatoren-EMK, Selbst- und Gegeninduktivität sowie die in Magnetfeldern gespeicherte Energie. Es behandelt induzierte elektrische Felder als nicht-konservativ und führt Wirbelströme ein, während Strahlung späteren Themen vorbehalten bleibt.

Core questions

• Wie treibt ein sich ändernder magnetischer Fluss einen Strom in einem Stromkreis an?
• Warum wirken induzierte Ströme der Änderung entgegen, die sie hervorruft?
• Wie werden Induktivität und gespeicherte magnetische Energie definiert?

Key concepts

• magnetischer Fluss
• elektromotorische Kraft
• Faradaysches Gesetz
• Lenzsches Gesetz
• Selbstinduktivität
• Gegeninduktivität
• Wirbelströme
• magnetische Energie

Key theories

Faradaysches Induktionsgesetz

Die elektromotorische Kraft um eine Schleife ist gleich minus der Änderungsrate des magnetischen Flusses durch sie; in differentieller Form ist die Rotation des elektrischen Feldes gleich minus der Zeitableitung des Magnetfeldes.

Lenzsches Gesetz

Der induzierte Strom fließt so, dass er der Flussänderung entgegenwirkt, die ihn verursacht, eine Konsequenz der Energieerhaltung, die das Vorzeichen im Faradayschen Gesetz festlegt.

Clinical relevance

Induktion ist das Funktionsprinzip von Elektrizitätsgeneratoren, Transformatoren, Induktionsmotoren und Kochfeldern, drahtlosem und induktivem Laden sowie den Gradienten- und Radiofrequenzspulen der Magnetresonanztomographie.

History

Faraday entdeckte die elektromagnetische Induktion im Jahr 1831, wobei Joseph Henry unabhängig verwandte Effekte beobachtete. Lenz formulierte die Richtungsregel im Jahr 1834, und Maxwell integrierte die Induktion in seine Feldgleichungen als Rotationsgesetz für das elektrische Feld.

Key figures

• Michael Faraday
• Joseph Henry
• Heinrich Lenz

Seminal works

• maxwell1873
• jackson1998

Frequently asked questions

Was ist der Unterschied zwischen Bewegungs- und Transformatoren-EMK?

Bewegungs-EMK entsteht, wenn sich ein Leiter durch ein statisches Magnetfeld bewegt, während Transformatoren-EMK durch ein zeitlich veränderliches Feld durch einen stationären Stromkreis entsteht; beide werden durch Faradays Flussregel vereinheitlicht.

Warum beinhaltet das Lenzsche Gesetz ein Minuszeichen?

Der induzierte Strom wirkt der Flussänderung entgegen, um Energie zu erhalten; würde er die Änderung verstärken, würde er Energie aus dem Nichts erzeugen, daher spiegelt das Minuszeichen im Faradayschen Gesetz diesen Widerstand wider.