Induktion in der Physik - Definition und Erklärung des Phänomens

Elektromagnetische Induktion - Definition am Experiment

• Einige von Ihnen kennen vielleicht noch den (erstaunlichen) Versuch aus dem Physikunterricht in der Schule: Bewegt man einen Stabmagneten in eine gewickelte Spule (und wieder heraus), so zeigt ein angeschlossener Spannungsmesser einen Ausschlag.
• Ähnliches passiert, wenn man anstelle des Magneten die Spule bewegt, beispielsweise in einem Hufeisenmagneten dreht. In diesem Fall wird sogar eine Wechselspannung in der Spule induziert - das Messinstrument "schlägt" in beide Richtungen periodisch aus. Dieser Fall entspricht übrigens der Erzeugung von Strom in einem Fahrraddynamo - der einfachsten Anwendung der Induktion. 
• Fernab aller Formeln lässt sich die elektromagnetische Induktion etwa wie folgt als Definition fassen: Ändert sich für einen stromdurchflossenen Leiter ein von außen einwirkendes Magnetfeld im Laufe der Zeit, so wird in den Leiter eine Spannung induziert. 
• Dabei ist es egal, ob sich der Magnet bewegt, sich also sein Feld zeitlich ändert, oder ob sich der Leiter in Bezug auf den Magneten bewegt. Und der Magnet muss auch nicht ein permanenter sein, auch Elektromagneten haben diese Wirkung.
• Entsprechend dieser Definition können Sie also einen Magneten in einer Spule drehen, einen Magneten auf einen Draht zuführen oder auch eine kleine Leiterschleife um einen Magneten herumführen. Es kommt immer nur auf die Relativbewegung von Magnet und elektrischem Leiter an.
• Ist die Bewegung periodisch, entsteht eine Wechselspannung. Jeder Generator arbeitet nach diesem physikalischen Prinzip. 

Induktion in der Physik - so funktioniert sie

Aber warum entsteht eigentlich diese Induktionsspannung?

• Machen Sie sich noch einmal die Grundvoraussetzungen klar: Sie benötigen einen Magneten. Sie benötigen einen Draht, sprich - ein Metall, das Strom leitet. Und ganz wichtig: Sie benötigen eine Bewegung dieser beiden gegeneinander, wobei es egal ist, was sich bewegt. 
• Letztendlich lässt sich dieses Phänomen nur auf mikroskopischer Ebene verstehen. In jedem elektrischen Leiter sind Ladungen (Elektronen) vorhanden, die sich bewegen, wenn Kräfte auf sie wirken.
• Bewegt man diesen Leiter, also die Ladungen, in einem Magnetfeld, so wirkt die sog. Lorentzkraft auf diese Ladungen, die sich dann an einem Ende des Leiters ansammeln - eine Spannung ist entstanden.
• Dabei gilt die Drei-Finger-Regel der linken Hand für die Richtung der Kraft auf Elektronen: Der Daumen zeigt in Richtung der Bewegung des Leiters, der Zeigefinger zeigt in Richtung des Magnetfeldes und der (gestreckte) Mittelfinger zeigt an, in welche Richtung sich die Elektronen in dem Leiter bewegen. In dieser Richtung liegt dann der negative Pol der induzierten Spannung.
• Bei der Induktion werden also die leicht beweglichen Elektronen im Leiter durch die Lorentzkraft in die gleiche Richtung verschoben. Kehrt sich die Bewegung um, erfolgt ein Richtungswechsel.