Grundversuche
Was die Grundversuche zeigen
In allen Versuchen entsteht nur dann eine Spannung, wenn sich etwas ändert:
- Magnet in Spule:Bewegt man einen Magneten in die Spule, zeigt das Voltmeter einen Ausschlag — beim Herausziehen umgekehrt. Ruht der Magnet, passiert nichts.
- Schneller = größer:Je schneller die Bewegung und je mehr Windungen die Spule hat, desto größer die Spannung.
- Bewegter Leiter:Zieht man einen Leiter durch ein Feld, entsteht ebenfalls eine Spannung.
- Ruhe:Ein konstantes Feld induziert keine Spannung — entscheidend ist die Änderung.
Nur während der Bewegung schlägt das Voltmeter aus — in die eine Richtung beim Hinein-, in die andere beim Herausschieben. Schnelleres Bewegen gibt eine größere Spannung.
Der bewegte Leiter
Beim bewegten Leiter lässt sich die Spannung berechnen — mit derselben Überlegung wie bei der Hallspannung:
Herleitung:
- Lorentzkraft:die Elektronen bewegen sich mit dem Leiter durch das Feld und erfahren \(F_L=e\,v\,B\) — längs des Leiters.
- Ladungstrennung:ein Leiterende lädt sich negativ auf, das andere positiv; im Leiter entsteht ein Feld \(E\).
Spannung am bewegten Leiter:
\(U=B\,l\,v\)
Bedingung: Eine Spannung entsteht nur, wenn sich etwas ändert (bewegter Magnet, bewegter Leiter); ein konstantes, ruhendes Feld induziert nichts.
Größe: Schnellere Bewegung und mehr Windungen ergeben eine größere Spannung; beim Herausziehen kehrt sich der Ausschlag um.
Bewegter Leiter: Die Lorentzkraft trennt die Ladungen, ein Ende wird negativ, das andere positiv.
Allgemeine Hinweise
Spannung ohne Strom
Auch bei offenen Spulenenden wird eine Spannung induziert. Ein Strom fließt erst, wenn der Stromkreis geschlossen ist.
Längen in Metern
In \(U=B\,l\,v\) steht \(l\) in m und \(v\) in m/s — dann kommt \(U\) direkt in Volt heraus.
Senkrecht
\(U=B\,l\,v\) gilt nur, wenn Feld, Leiter und Bewegungsrichtung paarweise senkrecht stehen. Bewegt sich der Leiter längs der Feldlinien, ist \(U=0\).