Wechselstromkreis und Induktion

Elektromagnetische Induktion

Die Elektrizitätslehre beschäftigt sich mit Ladungen, Strom und elektrischen Feldern. Elektrische Felder entstehen überall dort, wo Ladungsträger sind und werden durch diese auch beeinflusst. Der Magnetismus verhält sich ähnlich. Permanentmagneten erzeugen Magnetfelder. Auch stromdurchflossene Leiter erzeugen ein Magnetfeld. So ist es beispielsweise möglich, versteckte Leitungen in Hauswänden ausfindig zu machen.

Dieser Effekt lässt sich umkehren: Magnetfelder können Strom erzeugen.

Dieser Effekt heißt elektromagnetische Induktion und findet in vielen technischen Geräten Anwendung. Das Gesetz der elektromagnetischen Induktion besagt, dass ein zeitlich veränderlicher magnetischer Fluss eine Spannung in einem Leiter induziert. Diese Spannung zieht einen Stromfluss im Leiter nach sich, ohne dass dieser an eine elektrische Spannungsquelle angeschlossen sein muss.

Es ist also möglich, in einem Stromkreis ein Magnetfeld zu erzeugen (durch den Stromfluss) und in einem weiteren Stromkreis, der vom ersten getrennt ist, durch Induktion ebenfalls Strom zu erzeugen. Nutzt man dafür Spulen unterschiedlicher Windungszahl, lässt sich sogar die Spannung hoch- und runterregulieren wie in einem Transformator. Die Grundlage der elektromagnetischen Induktion ist aber ein veränderliches Magnetfeld. Wird also Wechselstrom als Spannungsquelle verwendet, so fließt auch im zweiten Stromkreis ständig Strom.

Wichtige Begriffe und Einheiten

Für die Induktion wichtige Größen sind der Strom $I$, das Magnetfeld $B$, die vom Magnetfeld durchsetzte Fläche $A$ sowie, falls vorhanden, die Eigenschaften der Spule. Untrennbar mit der Induktion verbunden ist die Lenz'sche Regel, die die Energieerhaltung gewährleistet.

Kraftwerke

Elektromagnetische Induktion wird durch zeitlich veränderliche magnetische Flüsse verursacht. Das heißt aber nicht, dass sich zwangsläufig die Stärke des Magnetfelds ändern muss, wie es beispielsweise in einem Wechselstromkreis der Fall wäre. Induktion wird auch erreicht, wenn sich die Fläche ändert, die vom Magnetfeld durchsetzt ist. Diese Eigenschaft ist Grundlage des Generators und damit essentiell für die Stromerzeugung. Der Strom, der in jedem Haushalt aus der Steckdose kommt, muss zunächst erzeugt werden. Dies findet in Kraftwerken statt. Kraftwerke wandeln in der Regel Bewegungsenergie in elektrische Energie um, und zwar durch Induktion. In den meisten Kraftwerken werden Turbinen durch Wasserdampf, Wasser oder Wind in Bewegung versetzt. Im Grunde überträgt sich diese Bewegung auf eine Leiterschleife. Rotiert eine Leiterschleife im Magnetfeld, so wird in ihr durch die Induktion eine Stromfluss induziert, der dann zu den Steckdosen geleitet wird.