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In dem elektrische Theorie ist Induktivität es Physiker Phänomen, dass eine Veränderung elektrischer Strom durch eine Dirigent (wie eine Spule aus Kupferdraht) erzeugt ein sich änderndes Magnetfeld, und dieses sich ändernde Magnetfeld erzeugt eine umgekehrte Spannung im gleichen Leiter, die der Änderung dieses Stroms entgegenwirkt.

Beispiel

Ein konstanter Strom, der durch eine Spule aus Kupferdraht fließt, erzeugt ein konstantes Magnetfeld, das nicht Induktion in der Spule verursacht. Wird der Strom durch die Spule abgeschaltet, kann das Magnetfeld nicht mehr aufrechterhalten werden. Das Feld wird abnehmen und durch Induktion, Selbstinduktivität, eine umgekehrte Spannung in der Spule erzeugen, die versucht, den Strom aufrechtzuerhalten. Die resultierende Induktionsspannung kann so stark und groß sein, dass die Luft zwischen den Kontakten des Schalters ionisiert wird und ein Lichtbogen oder Funke entsteht. Der Strom fließt dann in die gleiche Richtung weiter. Wird die Energie von der Spule auf den Lichtbogen übertragen oder im parasitärKapazität des Spule selbst, der Strom nimmt ab.

Formeln

Ein sich ändernder Strom erzeugt durch Induktivität eine Spannung, die proportional zur Änderung des Stroms ist:

${displaystyle U=-L{frac {{m {d}}I}{{m {d}}t}}}$

Darin ist

${Displaystil U}$ die Induktivität Spannung in Volt

${displaystyle {m {d}}I/{m {d}}t}$ die Stromänderung pro Zeiteinheit in Ampere pro Sekunde

${Anzeigestil L}$, der Proportionalitätsfaktor, in Henry, dass die Induktivitätskoeffizient heiß.

Das Minuszeichen im rechten Teil der Gleichung zeigt an, dass die induzierte Spannung ${Displaystil U}$ eine solche Richtung hat, dass sie sich der Ursache ihres Ursprungs widersetzt. Das Induktivitätskoeffizient${Anzeigestil L}$, auch kurz als bezeichnet Induktivität, kann Werte zwischen 0 Henry (der Dirigent enthält kein eigenes Feld) und ∞ Henry (der Dirigent enthält sein eigenes Feld für die vollen 100%) annehmen. In der Praxis treten natürlich beide Extreme nicht auf. Um eine möglichst große Selbstinduktivität zu erreichen, ist darauf zu achten, dass der Leiter sein eigenes Feld möglichst gut umschließt. Dies wird normalerweise dadurch erreicht, dass der Leiter zu einer Spule gewickelt wird, gegebenenfalls um einen Kern aus magnetisierbarem Material.

Der (Koeffizient der) Induktivität einer Spule kann geschrieben werden als:

${displaystyle L={frac {n^{2}}{mathfrak {R}}}}$.

Darin ist

${Anzeigestil L}$ die Induktivität in Henry

${displaystyle n}$ die Windungszahl der Spule

${displaystyle {mathfrak {R}}}$ die Spule gesehen magnetischer Widerstand in AV⁻¹so⁻¹

Verhalten bei Gleichstrom und Wechselstrom

Grundsätzlich hat jeder Leiter und fast jedes Gerät Selbstinduktivität, wobei zu beachten ist, dass diese Eigenschaft irrelevant ist, wenn es sich bei dem Strom um einen konstanten Gleichstrom handelt. Wird der Strom jedoch in einem Stromkreis eingeschaltet, ändert sich der Strom von 0 auf seinen Endwert ${displaystyle I_{m {max}}}$. Aufgrund der vorhandenen Eigeninduktivität ${Anzeigestil L}$ in Kombination mit dem Widerstand ${Anzeigestil R}$ des Rohres folgt dem Strom ${Anzeigestil I}$ ein Exponentialfunktion gemäß:

${displaystyle I=I_{m {max}},(1-e^{-t/au})}$

Diese Form wird durch die Zeitkonstante bestimmt govern ${displaystyle au =L/R}$. Damals ${displaystyle t=au}$ ist der aktuelle zu ${displaystyle 0{,}632,I_{m {max}}}$ erhöht. Auf ${displaystyle t=5 autsch }$ der Endwert ist praktisch erreicht, danach ändert sich die Stromstärke nicht mehr.

Beim Ausschalten des Gleichstromkreises geschieht das Umgekehrte. Der Strom folgt nach möglicherweise einigen hochfrequenten Transienten einer Exponentialfunktion gemäß:

${displaystyle I=I_{m {max}},e^{-t/au }}$

Bei Wechselstrom macht sich die Induktivität als Hindernis für Stromänderungen bemerkbar. Als Ergebnis scheint der Widerstand zugenommen zu haben; Dies wird als scheinbarer Widerstand oder Impedanz bezeichnet. Die Gesamtimpedanz, bezeichnet mit ${Anzeigestil Z}$, besteht aus der Komponente aufgrund der Eigeninduktivität und allen anderen vorhandenen Komponenten, wie z Ohmscher Widerstand${Anzeigestil R}$. Im zugehörigen Vektordiagramm, auch Impedanzdreieck genannt, setzt sich die Impedanz aus Induktivität und ohmschem Widerstand zusammen:

${displaystyle Z={sqrt {R^{2} (omega L)^{2}}}}$.

Der Anteil durch die Induktivität ist nicht nur abhängig von der Induktivität, sondern auch proportional zur Eckfrequenz${Anzeigestil Omega}$ des Wechselstroms.

Starten einer Leuchtstoffröhre

Induktive Schaltung einer Leuchtstoffröhre

Ein Beispiel für das Anlegen einer Induktivitätsspannung in der täglichen Praxis ist das Starten einer Leuchtstoffröhre. Dafür gibt es a Anlasser erforderlich, bestehend aus einer Neonröhre mit zwei Bimetallelektroden, ein Entstörkondensator, und ein ersticken entweder Ballast (USA).
Beim Einschalten liegt Spannung an der Neonröhre mit Bimetall, wodurch es sich entzündet. Durch das glühende Gas erhitzen sich die Bimetallelektroden und ziehen gegeneinander, wodurch das Neon kurzgeschlossen und gelöscht wird. Durch die Filamente in der Röhre fließt dann ein hoher Strom. Es Neonlicht im Anlasser kühlt ab und der Kurzschluss wird wieder unterbrochen. Durch diese Unterbrechung verursacht die Induktivität der Drossel eine pulsförmige Spannungsspitze von ca. 1000 V, die die Leuchtstoffröhre zündet.

Die Spannungsspitze kann mit der Formel angenähert werden:

${displaystyle U=-L{{m {d}}I über {m {d}}t}}$.

Zum Beispiel für eine Induktivität von l = 2 Henry und eine Stromänderung dich = 0,5 Ampere zu einem Zeitpunkt dt = 1 ms, folgt:

${displaystyle U=-2 {0,5 über 0,001}mathrm {V} =-1000mathrm {V} }$

Zündanlage für Benzinmotoren

Ein weiteres Beispiel, mit dem sich fast jeder täglich auseinandersetzen muss, ist das Zündanlage des Autos mit Benzinmotor. In dem Zündspule Bei diesem Zündsystem werden zwei Spulen aus Kupferdraht um einen Weicheisenstab gewickelt, wodurch ein Transformator wird gebildet. Die Niederspannungsseite (Lp) des Transformators hat wenige Windungen dicken Drahtes (die Primärspule); die Hochspannungsseite (Ls) hat viele dünne Drahtwindungen (die Sekundärspule). An der Niederspannungsseite wird nach dem Start eine Gleichspannung von 12 V angelegt. Durch schnelles Öffnen der Unterbrecher S im Stromverteiler - dadurch Abschalten des Gleichstromkreises - durch Selbstinduktion wird in der Primärspule der Zündspule eine pulsförmige Spannungsspitze von ca. 800 V erzeugt. In der Sekundärspule (Ls) wird diese Spannung weiter nach oben transformiert. Dies, zusammen mit dem Kondensator bis um Resonanz, wodurch die Spannung schwingt und die Spannung auf ca. 15 kV ansteigt. Diese Hochspannung wird ggf. über den Verteiler den entsprechenden Zündkerze die dann Funken (die Zündkerze funken) und das Kraftstoffgemisch im Zylinder entzündet.

Der Kondensator hat eine weitere Funktion; nämlich das schnelle Verlöschen des hochfrequenten Unterbrechungsfunkens über den Kontakten des Unterbrechers, damit diese Kontakte nicht zu stark einbrennen.

Siehe auch

• gegenseitige Induktion, magnetische Spannung, Hopkinsons Gesetz, Henry
• Spulenberechnungen