Rechner zum Faradayschen Gesetz

Das Faradaysche Gesetz verknüpft die induzierte elektromotorische Kraft mit der Änderungsrate der magnetischen Flussverkettung. Bei einer Spule mit gleichem Fluss durch jede Windung ist die Flussverkettung die Windungszahl mal Fluss je Windung. Die mittlere induzierte EMK über ein Zeitintervall ist die negative Windungszahl mal Flussänderung, geteilt durch die verstrichene Zeit. Weber pro Sekunde sind Volt, sodass SI-Eingaben unmittelbar ein Ergebnis in Volt liefern. Das Minuszeichen drückt die Lenzsche Regel aus. Besteht ein geschlossener leitender Pfad, erzeugt der induzierte Strom eine magnetische Wirkung, die der verursachenden Änderung entgegenwirkt. Nimmt der positive Fluss unter der gewählten Vorzeichenkonvention zu, ist die EMK negativ. Nimmt er ab, ist sie positiv. Viele praktische Aufgaben fragen nur nach dem Betrag, weshalb der Rechner beides anzeigt. Das Vorzeichen ist erst sinnvoll, nachdem eine positive Umlaufrichtung und Flussrichtung definiert wurden. Der magnetische Fluss ist das Flächenintegral des Magnetfeldes durch die Spulenfläche. Bei homogenem Feld und ebener Schleife lässt er sich als magnetische Flussdichte mal Fläche mal Kosinus des Winkels zwischen Feld und Flächennormale schreiben. Er kann sich daher durch Änderungen von Feld oder Fläche, Drehung der Spule oder Bewegung durch ein inhomogenes Feld ändern. Der Rechner nimmt Anfangs- und Endfluss direkt entgegen. Damit lassen sich all diese Mechanismen abbilden, sobald der Fluss bestimmt wurde. Das Ergebnis ist eine mittlere EMK über das eingegebene Intervall. Die momentane Spannung erfordert die Ableitung der Flussverkettung und kann sich während des Vorgangs ändern. Das Modell setzt gleichen Fluss je Windung voraus und vernachlässigt Wicklungswiderstand, Induktivität, Streufluss, parasitäre Kapazität, magnetische Sättigung und Messbandbreite. Diese Effekte beeinflussen Strom und Einschwingvorgänge auch dann, wenn die induzierte Leerlaufspannung dem Faradayschen Gesetz folgt. Verwenden Sie den Rechner für Physikaufgaben und erste elektromagnetische Schätzungen; für die Detailauslegung ist ein zeitabhängiges Schaltungs- oder Feldmodell nötig. Hohe Induktionsspannungen können gefährlich sein. Praktische Spulen brauchen daher auch Isolierung, Schaltschutz und sichere Messverfahren.