Was ist die Selbstinduktion und wie kommt es zu diesem Phänomen? Alles Wichtige findest du hier und in diesem Video dazu!
Inhaltsübersicht
Was ist Selbstinduktion?
Selbstinduktion ist ein Phänomen, das bei Änderung des Stromflusses in einem elektrischen Leiter auftritt und den Fluss verlangsamt. Wenn sich der Strom ändert, erzeugt der Leiter um sich herum ein Magnetfeld. Dieses baut eine Selbstinduktionsspannung auf, welche laut der Lenzschen Regel der Richtung des Stromflusses entgegengesetzt ist und den Fluss damit bremst.
Ein bekanntes Beispiel für die Darstellung des Phänomens ist ein Versuchsaufbau mit einer Parallelschaltung. Hierbei wird eine Lampe über einen Widerstand verbunden und eine Zweite über eine Spule.
Beim Ein- und Ausschalten des Stromkreises geht die Lampe mit der Spule wegen der Selbstinduktion erst langsam an und aus, während es bei der Lampe mit dem Widerstand fast unmittelbar passiert.
Gut zu wissen: Grundsätzlich tritt das Phänomen bei jedem Leiter auf. Bei einer Spule wird das Magnetfeld und somit der Effekt der Selbstinduktion durch die Spulenwindungen allerdings verstärkt.
Selbstinduktion Einschaltvorgang
Der Einschaltvorgang beginnt, wenn der Schalter umgelegt wird. Nach dem Umlegen fließt Strom.
Um dir das langsame Aufleuchten der Lampe zu erklären, schaust du dir erstmal die Induktionseffekte in der Spule an:
- Der Stromfluss in der Spule erzeugt ein Magnetfeld. Dieses nimmt zu, solange Strom fließt.
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Das Induktionsgesetz besagt, dass ein veränderliches Magnetfeld eine Induktionsspannung erzeugt. Sie ist nach der Lenzschen Regel der Ursache ihrer Entstehung entgegengesetzt. Der Aufbau des Magnetfelds war die Ursache. Das Feld wurde durch den Stromfluss ausgelöst.
- Die Induktionsspannung ist dem Stromfluss also entgegengesetzt und verlangsamt den Stromfluss. Das führt dazu, dass die Lampe erst allmählich aufleuchtet.
Der gesamte Vorgang und die Wirkung mit der Verlangsamung des Stromflusses ist dann die Selbstinduktion.
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Lenzsche Regel
Die Lenzsche Regel besagt, dass die Richtung der Induktionsspannung in einem Leiter seiner Ursache entgegengesetzt ist. Durch einen Stromfluss entsteht ein Magnetfeld, welches eine Induktionsspannung aufbaut. Da der Stromfluss die Ursache darstellt, ist die Induktionsspannung dem Stromfluss entgegengesetzt und verlangsamt diesen.
Selbstinduktion Ausschaltvorgang
Der Ausschaltvorgang wird durch das erneute Umlegen des Schalters in Gang gesetzt. Dadurch fängt der Strom an, langsam abzufließen.
Du kannst dir das langsame Verglühen der Lampe genauso erklären, wie schon beim Einschaltvorgang:
- Durch das Abfließen des Stroms bricht das Magnetfeld zusammen.
- Die Änderung des Feldes sorgt wieder für eine Induktionsspannung, die ihrer Ursache entgegengesetzt ist.
- Dadurch wird das Abfließen des Stroms gebremst und die Lampe geht erst allmählich aus.
Selbstinduktionsspannung
Die Selbstinduktionsspannung stellt eigentlich eine Induktionsspannung dar, die durch das eigene Magnetfeld des Leiters verursacht wurde. Daher brauchst du für die Herleitung der Selbstinduktionsspannung das Induktionsgesetz .
Laut diesem kannst du die induzierte Spannung in einer Spule mit folgender Gleichung berechnen:
![\[U_{\text{ind}}=-N\cdot \dot \phi\]](https://blog.assets.studyflix.de/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-0b9c68e7f801ecafca6bdb8cc6dd7943_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Mit diesem allgemeinen Ansatz kommst du für die Selbstinduktionsspannung auf folgende Gleichung:
![\[U_{\text{ind}}= - L \cdot \dot I\]](https://blog.assets.studyflix.de/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-a80953db6f0b28c400ff743fdce78052_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
Hierbei steht L für die Induktivität einer Spule. Die Selbstinduktionsspannung ist also von der Beschaffenheit der Spule abhängig. Hinter der Induktivität steht aber auch die zeitliche Veränderung der Stromstärke. Das bedeutet, dass die Spannung bei einer stärkeren Änderung des Stromflusses höher ist.
Eine detaillierte Herleitung mit Erklärungen und Zwischenschritten findest du hier in unserem Video dazu!
Übrigens: Physiker benutzen für die Ableitung einen Punkt über der Variable. Damit drücken sie auch gleichzeitig aus, dass nach der Zeit abgeleitet wird. Hingegen schreiben Mathematiker häufig einen Strich oben rechts neben der Variable.
Induktivität
Die Selbstinduktion und die entstehende Spannung sind von der Induktivität des elektrischen Leiters abhängig. Was das genau ist und wie du sie berechnen kannst, erfährst du in diesem Video dazu!
Selbstinduktion — häufigste Fragen
(ausklappen)
Selbstinduktion — häufigste Fragen
(ausklappen)-
Was ist Eigeninduktion?Eigeninduktion ist ein anderer Name für Selbstinduktion und meint dasselbe Phänomen. Wenn sich die Stromstärke in einem Leiter oder einer Spule ändert, ändert sich auch das eigene Magnetfeld. Dadurch entsteht eine Spannung, die die Stromänderung bremst.
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Was ist der Unterschied zwischen Induktion und Selbstinduktion?Der Unterschied zwischen Induktion und Selbstinduktion liegt in der Ursache der induzierten Spannung. Bei Induktion wird die Spannung durch ein von außen verändertes Magnetfeld erzeugt. Bei Selbstinduktion entsteht die Spannung durch die Änderung des Magnetfelds, das der Leiter oder die Spule selbst erzeugt.
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Wie entstehen Spannungsspitzen?Spannungsspitzen entstehen, wenn sich die Stromstärke in einer Spule sehr schnell ändert, zum Beispiel beim abrupten Ausschalten. Dann ändert sich das Magnetfeld in kurzer Zeit stark und es wird eine Spannung erzeugt, die der Stromänderung entgegenwirkt. Je schneller die Änderung, desto größer kann die Spannung werden.
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Wo wird Selbstinduktion angewendet?Selbstinduktion wird genutzt, wenn man Stromänderungen gezielt bremsen oder glätten will. Deshalb setzt man Spulen als Drosseln in Netzteilen ein, um Strom und Spannung ruhiger zu machen. Außerdem spielt Selbstinduktion in Relaisspulen und Elektromagneten eine Rolle, weil sie das Ein- und Ausschalten des Stroms beeinflusst.
Induktion verstehen
Selbstinduktion gehört zur Induktion und ist ein wichtiges Thema in elektrischen Schaltungen mit Spulen und Magnetfeldern. Wer sich mit Induktion beschäftigt, betrachtet das Zusammenspiel von Strom, Spannung, Magnetfeld und ihrer zeitlichen Änderung. So wird klar, warum eine induzierte Spannung eine Stromänderung bremst und wie sich das beim Ein- und Ausschalten zeigt. Im Elektrotechnikbereich findest du passende Videos zu diesem und verwandten Themen.