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Induktion

Im Teilbereich Elektrotechnik oder Elektromechanik innerhalb der Physik stellt die Induktion ein elektrisches Feld dar, das durch die Veränderung eines magnetischen Flusses entsteht.

Verallgemeinert wird unter Induktion die berührungs- oder kontaktlose Übertragung elektrischer Energie verstanden. Beispiele hierfür sind etwa der Induktionsherd oder auch kontaktlose Ladegeräte für Akkumulatoren in E-Fahrzeugen oder Smartphones.

Wer entdeckte die Induktion?

Die Induktion an sich ist keine Erfindung, sondern eine Begleiterscheinung bei der Übertragung elektrischen Wechselstroms.

Der englische Naturforscher und Experimentalphysiker Michael Faraday entdeckte die Induktion im Jahre 1831 bei dem Versuch, die Funktion eines Elektromagneten umzukehren.

Wird eine elektrische Spannung (Wechselstrom) erzeugt, etwa durch einen Generator, entsteht entlang der abgehenden elektrischen Leiter ein messbares Magnetfeld. Faraday versuchte nun, aus einem Magnetfeld elektrischen Strom zu erzeugen. In seinen Versuchsreihen hierzu entdeckte er, dass zeitliche Änderungen des magnetischen Flusses zu elektrischen Wirbelfeldern führen. Im Grunde entdeckte Faraday damals noch nicht, das hierbei elektrische Felder entstanden, sondern nur, das ein hin- und her bewegter Permanentmagnet eine elektrische Spannung erzeugt.

Erst der schottische Physiker James Clerk Maxwell stellte mit den sogenannten Maxwell-Gleichungen die theoretischen Gesetze der klassischen Elektrodynamik auf, darunter auch das Induktionsgesetz. Ein weiterer Pionier in Bezug auf die Induktion war der aus Kroatien stammende Physiker und Elektroingenieur Nikola Tesla. Er wollte eigentlich ein System zur drahtlosen Energieübertragung entwickeln, wurde dabei jedoch eher ungewollt zum ersten Erfinder einer drahtlosen Funkübertragungstechnik, noch vor Guglielmo Marconi. Die magnetische Flussdichte der magnetischen Feldstärke wurde im Jahr 1960 zu Ehren von Nicola Tesla als SI-Einheit in Tesla benannt und löste damit die frühere Bezeichnung Gauß ab.

Die Stromübertragung per Induktion funktioniert nur über relativ kurze Distanzen und Sender wie Empfänger müssen dabei absolut still stehen. Zwar gibt es inzwischen Versuche, bei denen es gelungen ist, Strom über mehrere Meter gezielt zu übertragen, jedoch nur unter Laborbedingungen mit großen sowie komplizierten Aufbauten. Dabei sind die Auswirkungen der dabei erzeugten sehr starken Magnetfelder auf die Umwelt nicht erforscht.

Unterschiedliche Induktion

Heute wird der Begriff Induktion auf vier unterschiedliche Felder verteilt. Einmal der Bereich der Induktion mithilfe eines beweglichen Leiters durch ein Magnetfeld, was als Generatorprinzip bezeichnet wird. Eine Windkraftanlage erzeugt nach diesem Prinzip Strom.

Das Transformatorprinzip beruht darauf, dass im Magnetfeld der magnetische Fluss verändert wird. Transformatoren funktionieren auf diese Weise in einer Vielzahl von Geräten, etwa Netzgeräte für Handys oder Laptops.

Das Wirbelstromprinzip ist gekennzeichnet durch die Nutzung auftretender Wirbelströme in einem wechselnden Magnetfeld, diese Wirbelströme bremsen die Bewegungsrichtung eines rotierenden Metall-Kerns. Ein Nutzungsfeld ist die Wirbelstrombremse in Lkw.

Die sogenannte Selbstinduktion ist eine ungewollte Reaktion an Spulen, wenn der Strom abgeschaltet wird. Besteht keine Möglichkeit, dass die noch bestehende Energie abfließen kann, wird eine wesentlich höhere Spannung entstehen, die umliegende Bauteile beschädigt. In der Regel wird dem mit dem Einbau einer Diode (Freilaufdiode) entgegengewirkt.

Quizfragen zum Thema

1. Was ist unter einer elektromagnetischen Induktion zu verstehen?

   Eine Induktion ist das Entstehen einer elektrischen Spannung durch Veränderung des Magnetflusses.

2. Wie entsteht eine Spannung aufgrund Induktion?

   Wird ein Magnetfeld durch eine Spule bewegt, entsteht eine Induktionsspannung.

3. Wie kommt es zum Fluss von Induktionsstrom?

   Induktionsstrom fließt, wenn die beiden Enden einer Spule, durch die ein Magnetfeld bewegt wird, miteinander verbunden sind.

4. Welche möglichen Anwendungen gibt es bezüglich Induktion? Drei Beispiele

   • Mikrofone
   • Induktionshärten
   • Ladegeräte
   • Transformatoren
   • Metalldetektoren
   • Touchscreens
   • Induktionsherd
   • Fehlerstromschutzschalter

5. Welche Art Spannung entsteht bei der Induktion?

   Induktion entsteht nur unter Wechselspannung..

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