Simulator für elektromagnetische Induktion
Gleichungen in dieser Simulation
| ε | induzierte Spannung | die Spannung, die der sich ändernde Fluss durch die Spule treibt; das Minuszeichen ist die Lenzsche Regel: der Strom wirkt der Änderung entgegen | |
|---|---|---|---|
| N | Windungen der Spule N (oder der Primärspule) | jede Windung liefert dieselbe Spannung | |
| Φ | magnetischer Fluss durch eine Windung | in Weber; das Diagramm zeigt, wie ε davon abhängt, wo der Magnet ist |
Mit den aktuellen Werten:
| m | Stärke des Magneten m (A·m²) | das Dipolmoment des Magneten; ein Neodym-Magnet von 1 cm³ hat etwa 1 A·m² | |
|---|---|---|---|
| a | Radius der Spule | 2 cm | |
| d | Abstand vom Mittelpunkt des Magneten zur Windung | der Magnet wird als Punktdipol behandelt, was grob ist, wenn er in der Spule steckt |
Mit den aktuellen Werten:
| R | Lastwiderstand R (Ohm) | der Draht der Spule selbst bringt 0,02 Ω pro Windung dazu |
|---|
Mit den aktuellen Werten:
| B | Feld B (Tesla, Generator) | gleichmäßig zwischen den Polen | |
|---|---|---|---|
| A | Spulenfläche A (cm², Generator) | der Fluss durch die Spule ist N B A cos ωt | |
| ω | Winkelgeschwindigkeit, 2πf | aus Frequenz f (Hz, Generator und Transformator) |
Mit den aktuellen Werten:
| V_p, V_s | Primär- und Sekundärspannung | ein idealer Transformator: keine Verluste, der ganze Fluss geht durch beide Spulen | |
|---|---|---|---|
| N_s | Windungen der Sekundärspule N_s (Transformator) | mehr Windungen als die Primärspule erhöhen die Spannung und senken den Strom |
Mit den aktuellen Werten:
So benutzt du den Simulator für elektromagnetische Induktion
- Bei Ein Magnet und eine Spule bewegt sich der Magnet von selbst in die Spule hinein und heraus, geht ganz hindurch oder folgt dem Positionsregler, wenn du Von Hand wählst. Das Galvanometer schlägt in die eine Richtung aus, wenn der Magnet hineingeht, in die andere, wenn er herauskommt, und bleibt bei null, solange der Magnet stillsteht: Nur ein sich ändernder Fluss erzeugt Strom. Die Buchstaben über der Spule zeigen ihre induzierten Pole, die sich immer gegen die Änderung stemmen (Lenzsche Regel).
- Ändere Geschwindigkeit, Stärke des Magneten und Windungszahl und sieh, wie die Spannung mit jedem davon wächst, wie es das Induktionsgesetz sagt. Dreh den Magneten um, und der Strom kehrt sich um. Das Diagramm zeigt die Spannung, die der Magnet an jeder Position bei der eingestellten Geschwindigkeit erzeugt: eine Spitze beim Hineingehen, eine entgegengesetzte beim Herauskommen und null in der Mitte.
- Wechsle zum Generator, um eine Spule in einem gleichmäßigen Feld zu drehen und eine Sinuswelle mit Spitzen- und Effektivwert herauskommen zu sehen, oder zum Transformator, um eine Spannung mit dem Windungsverhältnis hoch- oder herunterzusetzen. Hake Gleichstrom an, und der Transformator liefert gar nichts. Der Rechner für das Ohmsche Gesetz berechnet den Strom in der Last.
Häufige Fragen
Was ist das Faradaysche Induktionsgesetz?
Ein sich ändernder magnetischer Fluss durch eine Spule induziert eine Spannung, gleich der Windungszahl mal der Änderungsrate des Flusses: ε = −N dΦ ÷ dt. Ein schnellerer Magnet, ein stärkerer Magnet oder mehr Windungen erhöhen die Spannung. Ein Magnet, der still in der Spule liegt, induziert nichts.
Was bedeutet die Lenzsche Regel?
Der induzierte Strom fließt so, dass er der Änderung entgegenwirkt, die ihn verursacht; das ist das Minuszeichen im Induktionsgesetz. Ein hineingeschobener Magnet trifft auf eine Spule, deren nahes Ende zum gleichen Pol wird und ihn abstößt; ein herausgezogener wird zurückgezogen. Gegen diese Kraft musst du Arbeit leisten, und daher kommt die elektrische Energie.
Wie erzeugt ein Generator Wechselstrom?
Durch eine Spule, die sich in einem Magnetfeld dreht, geht der Fluss N B A cos ωt, der sich ständig ändert, also entsteht die Spannung N B A ω sin ωt. Sie kehrt sich bei jeder Umdrehung zweimal um. Kraftwerke drehen ihre Generatoren 50 oder 60 Mal pro Sekunde, was die Netzfrequenz festlegt.
Warum funktioniert ein Transformator nicht mit Gleichstrom?
Ein Transformator funktioniert, weil der Wechselstrom in der Primärspule einen sich ändernden Fluss im Kern erzeugt, der in der Sekundärspule eine Spannung induziert. Konstanter Gleichstrom erzeugt einen konstanten Fluss, also gibt es nach dem Einschalten keine Änderung und keine Ausgangsspannung. Schlimmer noch: Die Primärspule wird dann nur durch den Widerstand ihres Drahts begrenzt und kann überhitzen.
Es heißt, WebGL sei abgeschaltet.
Die 3D-Ansicht braucht WebGL, das jeder aktuelle Browser hat. Es kann abgeschaltet sein, wenn die Hardwarebeschleunigung in den Browsereinstellungen deaktiviert ist oder der Grafiktreiber sehr alt ist. Schalte die Hardwarebeschleunigung ein oder probier einen anderen Browser.
Wird etwas hochgeladen?
Nein. Die Simulation zeichnet dein eigener Browser mit WebGL; nichts wird irgendwohin gesendet, und sie läuft auch offline weiter, sobald die Seite geladen ist.