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physics - Elektrizitätslehre II

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Fehler die ich noch Lernen darf

Wechselspannung auf Spulen (im Bsp. 2020 EII)

  • Nach Schließen des Schalters liegt Wechselspannung an der Spule an, deswegen wird diese durch Wechselstrom durchflossen.
  • Dass bewirkt ein sich mit der Frequenz der Wechselspannung periodisch änderndes Magnetfeld.
  • Der Eisenkern wird durch die ständigen Magnetfeldänderungen durchsetzt.
  • In diesem rohen Eisenkern werden Wirbelströme induziert, welche zu einer Erwärmung führen (Bei geblättert natürlich nicht; wegen isolierend wirkenden Lackschicht und Luftspalte).

Interpretation der Kennlinie

  • In Durchlassrichtung steigt die Stromstärke nicht sofort und auch nicht proportional zur Spannung.
  • Bei einer Siliciumdiode fließt bis zu einer Spannung von U_S=0,6V nur ein sehr schwacher Strom.
  • Überschreitet man diese Schwellenspannung, steigt die Stromstärke stark an.
  • Kleine Spannungserhöhungen bewirken große Stromstärkeänderungen. Für größere Ströme sind kaum größere Spannungen als U_S nötig. oder (wenn in falscher Richtung)
  • In Sperrrichtung fließt auch bei hohen (negativen) Spannungen zunächst kaum Strom.
  • Wird jedoch ein maximaler Spannungswert U_d überschritten, so können große Ströme durch die Diode fließen ("Durchbruch").
  • Dabei kann die Diode zerstört werden (destroyed).

Modellvorstellung

  • In der Sperrschicht herrscht ein elektrisches Feld.
  • Beim Erreichen der Schleusenspannung kommen sich freie Elektronen und Löcher am p-n-Übergang so nahe, dass sie dort zunehmend rekombinieren, womit die Sperrzone nahezu aufgehoben wird.
  • Durch den Abbau der Sperrzone nimmt die elektrische Leitfähigkeit im Grenzbereich zwischen p-Schicht und n-Schicht schnell zu.
  • Die Stromstärke nimmt bei kleinen Spannungsänderungen stark zu.

Wirbelströme

  • Die Metallplatte bewegt sich senkrecht zu den Magnetfeldlinien.
  • Auf die Elektronen der Platte wirken Lorentzkräfte (UVW-Regel).
  • Im Plattenbereich, der sich nicht im Magnetfeld befindet, fließen Elektronen in Gebiete mit Elektronenmangel.
  • In der Platte entstehen so geschlossene, ringförmige Ströme.
  • Die Wirbelströme sind nach der lenzschen Regel so gerichtet, dass die von ihnen errichteten Magnetfelder dem der Elektromagneten entgegenwirken.
  • Also entsteht auf der Nordseite des Elektromagneten ein Südpol und vice versa.

Selbstinduktion in DC und AC

DC

  • Beim Aufsetzen/Abnehmen des Jochs wird das von der Spule umfasste Magnetfeld stärker/schwächer.
  • Durch die Änderung des Magnetfeldes wird in der Spule eine Spannung und damit ein Strom induziert.
  • Der Induktionsstrom ist so gerichtet (lenzsche Regel), dass er das bestehende Magnetfeld aufrechterhalten möchte!
  • Der Induktionsstrom ist also dem Strom der Elektrizitätsquelle entgegengerichten/gleichgerichtet.
  • Die Überlagerung des Induktionsstromes mit dem Strom der Elektrizitätsquelle ergit einen schwächeren/stärkeren Gesamtstrom.
  • Ist die Änderung des Magnetfeldes beendet, findet keine Induktion mehr statt und das Lämpchen leuchtet wieder normal.

    DIe Induktionswirkung einer stromdurchflossenen Spule auf ihren eigenen Stromkreis wird als Selbstinduktion bezeichnet.

AC

Beim Einschalten baut sich in der Spule ein Magnetfeld auf, das vom Eisenkern verstärkt wird. Die Magnetfeldänderung führt in der Spule zu einer Selbstinduktion. Der so entstandene Induktionsstrom wirkt dem ursprünglichen Gleichstrom entgegen und hemmt ihn. Hat das magnetische Feld sein Maximum erreicht, so tritt keine Magnetfeldänderung und somit auch kein Induktionsstrom mehr auf. Lämpchen 2 leuchtet normal.

Beim Ausschalten erfolgt der Abbau des Magnetfelds in der Spule. Die Magnetfeldänderung führt in der Spule zu einer Selbstinduktion. Der so entstandene Induktionstrom fließt: durch den oberen Zweig der Schaltung entgegengesetzt der ursprünglichen Richtung; durch den unteren Zweig der Schaltung in gleicher Richtung.