Thema: Physik - Es ist dringend

Hallo, ich habe im Moment im Physik das Thema magnetische Induktion, bei der es eine Spule gibt und ein Dauermagneten. Wenn man den Dauermagneten raus und rein schiebt also in die Spule raus und rein schiebt Entstehtstrom also magnetische Induktion. Als Ergebnis habe ich aufgeschrieben das beim annähern und Entfernspannung induziert wird. Je schneller man den Magnet raus und rein schiebt, desto größer ist die induzierte Spannung. Nun stellt sich die Frage warum. Ist es zum Beispiel wie bei den Transformator? Das zum Beispiel die Elektron in Bewegung geraten?

Ich entschuldige mich für jegliche Fehler beziehungsweise für die form die durch Siri vom iPhone entstanden sind.

Sagt dir die Lorentzkraft etwas? Damit solltest du weiter kommen.

Weißesahne

Als Ergebnis habe ich aufgeschrieben das beim annähern und Entfernspannung induziert wird. Je schneller man den Magnet raus und rein schiebt, desto größer ist die induzierte Spannung. Nun stellt sich die Frage warum. Ist es zum Beispiel wie bei den Transformator? Das zum Beispiel die Elektron in Bewegung geraten?

Durch die Lorentzkraft erfahren die Elektronen im Leiter (Der Spule) eine Kraft in eine Richtung, die sich durch die dadurch entstehenden Ladungsverschiebungen zu einer elektrischen Spannung Uind zusammen fassen lässt.

Durch die B-Feld Änderung (Uind=-n*'magnetischer Fluss) entsteht wie du schon richtig festgestellt hast eine Induktionsspannung. Je schneller du den magneten hineinschiebst, desto schneller erreicht das B-Feld den maximalen Wert, weshalb die Änderung des magnetischen Flusses zunimmt, und dementsprechend auch Uind.

@OmegaPirat kann dir das sicher noch akkurater erklären.

Bei der magnetischen Induktion gibt es eigentlich zwei Ursachen für die entstehung der Spannung. Neben der lorentzkraft ist es die entstehung von elektrischen Wirbelfeldern durch ein variables Magnetfeld. Ähnlich wie bei Ladungsströmen magnetische Wirbelfelder erzeugt werden, können bei variablem Magnetfeld elektrische Wirbelfelder erzeugt werden. Beide Effekte können einheitlich in ein Induktionsgesetz über die Definition des magnetischen Flusses verpackt werden.

Ich nehme mal eine rechteckige leiterschleife an, die von einem räumlich homogenen aber zeitlich variablem Magnetfeld durchsetzt wird. dann ist die Induktionsspannung gegeben durch.
U_ind1=dB/dt*A
dabei ist dB/dt die zeitliche änderung es magnetfeldes und A die Fläche der leiterschleife. dieser anteil der induktionsspannung resultiert aus elektrischen Wirbelfeldern. Die elektrischen Wirbelfeldern führen natürlich zu einer ladungstrennung und diese zu einer spannung.
wenn ich jetzt die leiterschleife verforme, so dass ich die fläche verändere, bewegt sich der leiter im magnetfeld. dadurch haben die leiterelektronen eine relativgeschwindigkeit v zum laborsystem. Sie erfahren eine Lorentzkraft, welche zu einer ladungstrennung führt, die ebenfalls in einer Induktionsspannung resultiert.
Mit ein bisschen mathematik kann man dann zeigen, dass der aus der Lorentzkraft resultierende Anteil genau Uind2=B*dA/dt beträgt, wobei dA/dt die zeitliche änderung der fläche ist. Die form der fläche ist dabei egal.
Beides lässt sich zusammenfassen zu
Uind=Uind1+Uind2=d(B*A)/dt
dabei definiert man B*A als magnetischen Fluss. natürlich gilt das auch, wenn das magnetfeld räumlich variabel ist, was dann zu einer integralformulierung führt.

In dem hier beschriebenen Fall bleibt die vom magnetfeld durchsetzte fläche konstant. stattdessen "sehen" die leiterelektronen der spule ein zeitlich variables magnetfeld, wodurch im spulenleiter elektrische wirbelfelder erzeugt werden, die widerum eine messbare induktionsspannung hervorrufen.
Deshalb halte ich hier eine Beschreibung über elektrische Wirbelfelder für angebrachter als über lorentzkräfte. natürlich könnte man in ein bezugssystem übergehen in dem der magnet ruht. aus sicht dieses systems, bewegt sich die spule in einem stationären magnetfeld und dann kommt die sache mit der lorentzkraft zum tragen, aber da ist es doch einfacher im ruhesystem der spule zu bleiben.