Induktionsspannung berechnen - Vorzeichen und Anwendung in verschiedenen Fällen

Das negative Vorzeichen in der Formel zur Berechnung der Induktionsspannung wird verwendet um die Richtung des induzierten Stroms gemäß der Lenzschen Regel zu berücksichtigen. Die Lenzsche Regel besagt, dass der induzierte Strom so orientiert ist dass er seiner eigenen Ursache dem sich ändernden magnetischen Fluss, entgegenwirkt. Dies basiert auf dem Prinzip der Energieerhaltung. Das Vorzeichen gibt also an – in welche Richtung die Spannung in der Spule verläuft.

Die Formel zur Berechnung der Induktionsspannung lautet generell: die induzierte Spannung ist genauso viel mit der negativen zeitlichen Änderung des magnetischen Flusses. Der magnetische Fluss wird definiert als das Produkt aus der magnetischen Flussdichte B und der durch das Magnetfeld senkrecht durchsetzten Fläche A_s. Die zeitliche Ableitung des magnetischen Flusses ergibt dann die induzierte Spannung.

Für ein zeitlich dauerhaftes Magnetfeld muss sich die vom Magnetfeld senkrecht durchsetzte Fläche ändern, zu diesem Zweck es zu einer Induktion kommt. In diesem Fall bleibt nur der Term -N*dB/dt*A_s übrig. Wenn sich jedoch nur die magnetische Flussdichte über die Zeit ändert und die Fläche konstant bleibt, fällt der Term dA/dt weg und es bleibt ähnlich wie -N*dB/dt*A_s übrig.

Es ist also wichtig zu beachten: Die elektromagnetische Induktion entweder durch eine Änderung der Fläche, eine Änderung der magnetischen Flussdichte oder durch beides gleichzeitig erfolgen kann.

Bezüglich der Anwendung der Formel für Induktionsspannung ist es wichtig die Definition der Spannung in der Spule zu berücksichtigen. Wenn der Strom und die Spannung in die gleiche Richtung zeigen · also der Eingangsanschluss des Stroms dem Anfangspunkt der Spannung entspricht · hat die Formel ein negatives Vorzeichen. Dies entspricht der Lenzschen Regel – darauffolgend welchem die Spannung immer entgegengesetzt zum Strom verläuft. Wenn jedoch nur der Betrag der Spannung und nicht die Richtung relevant ist, kann das Vorzeichen ignoriert werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das negative Vorzeichen in der Formel zur Berechnung der Induktionsspannung verwendet wird um die Richtung des induzierten Stroms gemäß der Lenzschen Regel zu berücksichtigen. Die gleiche Formel kann für ein zeitlich konstantes Magnetfeld und ein zeitlich veränderliches Magnetfeld verwendet werden, solange die Änderung der Fläche oder der magnetischen Flussdichte berücksichtigt wird.