Lenz’sches Gesetz

Das Lenz’sche Gesetz ist eine spezielle Formulierung des Energieerhaltungssatzes. Der durch die Induktionsspannung hervorgerufene Induktionsstrom ist stets so gerichtet, dass er der Ursache seiner Entstehung entgegenwirkt.[1. Experiment]

Ein Dauermagnet wird in ein bifilar aufgehängten Alu-Ring hinein und herausbewegt.

Beim hinein bewegen des Magneten wird der Ring abgestossen und beim herausbewegen wird dieser angezogen. Offensichtlich ist ein Stromfluss beim geschlossenen Ring entstanden. Die Bewegung des Elektromagneten kann auch ein Elektromagnet der ein und ausgeschaltet wird ersetzen.

[2. Experiment]

Ein Fahrraddynamo wird durch einen, auf seine Achse gewickelten Faden und einen absinkenden Körper an dessen Ende, in Rotationsbewegung versetzt.

Sind die Anschlüsse des Dynamo offen erfolgt kein Stromfluss das Absinken bzw. die Rotationsbewegung kann ungehindert ablaufen. Ist der Stromfluss durch einen Kurzschluss der zwei Anschlüsse hergestellt, sinkt der Körper langsamer hinab da die Drehung der Achse gehindert wird.

Würde die Drehung nicht gebremst, würde die Drehgeschwindigkeit ständig zunehmen was jedoch dem Energieerhaltungssatz wiederspricht!

[3. Experiment]

Zwei Röhren, parallel nebeneinander angeordnet, wobei die eine aus Alu die andere aus Kunststoff ist. Durch beide Röhren soll ein Dauermagnet bzw. Stabmagnet fallen gelassen werden.

Der Magnet im Alu Rohr fällt langsamer da ein Induktionsstrom entsteht und der Magnet in seiner Fallbewegung abgebremst wird, bis sich zwischen Gravitationskraft und Induktion ein Gleichgewicht einstellt.

[4. Experiment]

Eine beweglich gelagerte Kupferscheibe (einmal massiv und einmal in Kammform) in einem Magnetfeld.

Die massive Scheibe wird im Gegensatz zur Kammförmigen Scheibe deutlich schneller abgebremst. In der massiven Metallteilen (hier die massive Scheibe) entstehen bei der Bewegung im Magnetfeld Wirbelströme -> Behinderung der Bewegung zwischen Metall und Magnetfeld (Lenz’sches Gesetz) -> Wirbelstrombremse

[5. Experiment]

Eine drehbare Aluminiumscheibe mit einem darüber befindlichen drehbar gelagerten Magneten.

Die Aluminiumscheibe dreht sich mit dem Magneten mit, jedoch nie mit der gleichen Geschwindigkeit wie der Magnet, da sonst keine Magnetfeldänderung mehr auftreten würde.

Wirbelströme

Wirbelströme entstehen in Massiven Metallteilen die sich in verändernden Magnetfeldern (Wechselstrom) befinden.

erwünschte Erwärmung: Induktionkochfeld (Topfboden muss Ferromagnetisch sein), Industrielle Oberflächenhärtung

erwünschte Erwärmung: Eisenkerne in Spulen, Motoren, Generatoren (geblätterte Eisenkerne)

[Experiment]

Zwei verschiedene Eisenkerne in einer Stromdurchflossenen Spule, ein Strom fliesst ca. 20 Sekunden lang.

Geblätterte und Massive Eisenkerne erwärmen sich unterschiedlich. Da die Wirbelströme in dem geblätterten Kern wesentlich geringer sind als in dem massiven Kern.

Selbstinduktion

[Experiment]

  • Die Lampe hinter der Spule mit Eisenkern leuchtet beim einschalten deutlich später auf
  • Die selbe Lampe leuchtet nach dem Entfernen des Eisenkerns gleichzeitig mit der anderen am Widerstand auf
  • Beim einschalten ändert sich das Magentfeld, in der Spule eird wird eine Spannung induziert
  • Dieser Induktionsstrom wirkt seiner Ursache, also dem ansteigenden Strom, entgegen – wodurch beim Einschalten die Lampe Später aufleuchtet