In diesem Artikel geben wir dir einen Überblick über das Thema Induktivität. Dabei werden zusätzlich noch die Grundlagen und das Verhalten im Gleich und –Wechselstromkreis behandelt.
Wenn du das Wichtigste auf einen Blick haben willst, schau am besten direkt in unser Video rein. Denn hier fassen wir das Thema nochmal verständlich für dich zusammen.
Bei der Induktivität handelt es sich um die Eigenschaft eines elektrischen Leiters bei Stromfluss ein magnetisches Feld zu erzeugen.
In diesem Fall handelt es sich bei der Induktivität also um ein passives Bauelement aus der Elektrotechnik.
mit L Induktivität, N
Windungsanzahl,
magnetischer Fluss, I
Stromstärke
Das Formelzeichen der Induktivität ist L. So werden Induktivitäten beziehungsweise Spulen auch in Schaltplänen bezeichnet. In Schaltplänen werden die Spulen mit folgenden Schaltzeichen dargestellt:
Die charakteristische Gleichung der Induktivität zeigt den Zusammenhang zwischen der Spannung U und der zeitlichen Ableitung des Stroms , welche auch als zeitliche Änderung des Stromes gesehen werden kann.
Die Einheit der Induktivität ist (Ohm-Sekunde) beziehungsweise H (Henry).
Im Gleichstromkreis kann das Verhalten einer Spule nur während des Einschalt -und Ausschaltmoments beobachtet werden, da nur diese Vorgänge zur einer Änderung des Stromflusses führen können. (siehe charakteristische Gleichung der Induktivität).
Wird an eine Reihenschaltung aus Spule und Widerstand eine Gleichspannung angelegt (Schalterstellung 1), so kann beobachtet werden, dass der Strom I nicht sofort auf seinen Endwert ansteigt, sondern ihn erst nach einer bestimmten Zeit erreicht.
Dieses Verhalten lässt sich durch die Induktivität der Spule erklären. Im Einschaltmoment ist die Stromänderung maximal, daher ist auch die induzierte Spannung der Spule maximal. Genauer gesagt ist die Spannung an der Induktivität so groß wie die Quellenspannung. Deshalb besteht zwischen Quelle und Spule keine Spannungsdifferenz, der Strom ist im Einschaltmoment also 0. Daher ist es sinnvoll sich vorzustellen, dass eine Spule im Gleichstromkreis im Einschaltmoment einem Leerlauf beziehungsweise einem sehr großen Widerstand entspricht.
Nach dem Einschaltmoment nimmt die die Änderung des Stromes ab, daher nimmt auch die induzierte Spannung an der Spule ab. Die Potentialdifferenz zwischen Quelle und Spule wächst, daher wächst nun auch der Strom durch die Induktivität. Zu dem Zeitpunkt an dem die induzierte Spannung auf 0 abgefallen ist, hat der Strom seinen Endwert erreicht, die Spule kann zu diesem Zeitpunkt als Kurzschluss beziehungsweise als Widerstand mit 0 Ohm angesehen werden. An dieser Stelle soll erwähnt werden, dass eine reale Spule einen Drahtwiderstand aufweist. Das bedeutet, dass ihr Widerstand nach langer Zeit nicht zu 0 wird, sondern den Wert des Drahtwiderstands annimmt. Dieser begrenzt zusammen mit dem Widerstand R den Strom im stationären Zustand und weist entsprechend einen geringen Spannungsabfall auf.
Nun wird der Schalter geöffnet und damit die Versorgungsspannung von der Schaltung getrennt (Schalterstellung 2). Auch in diesem Fall treibt die Spule den Strom noch eine Zeit lang weiter bis ihr Magnetfeld abgebaut ist. Der Strom fällt demnach nicht sofort auf 0 , sondern nimmt langsam ab (negative Steigung).
Da die Spannung an der Spule proportional zur Stromänderung ist, ergibt sich für diesen Fall eine negative Spulenspannung, welche, wie der Strom, zeitlich abnimmt.
Aufgrund der ständigen Änderung des Momentanwerts des Stromes und der Spannung im Wechselstromkreis unterscheidet sich das Verhalten der Spule im Vergleich zum Gleichstromkreis. Im folgenden wird von einer sinusförmigen Wechselspannung als Quelle des Wechselstromkreises ausgegangen.
Wird eine sinusförmige Wechselspannung der Form
auf eine Spule beziehungsweise Induktivität gegeben, so kann der Strom folgendermaßen berechnet werden.
Wird nun das negative Vorzeichen in der Phase berücksichtigt und die Cosinusfunktion in die Sinusfunktion umgerechnet, ergibt sich für den Strom an einer Induktivität:
Die Phasenverschiebung des Stroms an einer Induktivität beträgt also demnach beziehungsweise 90 Grad. Häufig ist auch die Rede davon, dass der Strom der Induktivität der Spannung um 90 Grad nacheilt. (Bei der Induktivität kommt der Strom zu spät.)
Aus den oberen Gleichungen ist zu erkennen das eine Induktivität im Wechselstromkreis, den Strom nicht ungehindert passieren lässt sondern eine Art Widerstand darstellt. Dieser wird als induktiver Blindwiderstand beziehungsweise Reaktanz bezeichnet und mit abgekürzt. Sein Wert ist von der Induktivität L und der Frequenz der angelegten Spannung abhängig:
Die Induktivität von Spulen verhält sich in der Reihenschaltung identisch zu der Reihenschaltung von ohmschen Widerständen . Die Gesamtinduktivität einer Reihenschaltung von Spulen ergibt sich zu:
Auch die Induktivität einer Parallelschaltung von Spulen lässt sich analog zur Parallelschaltung von ohmschen Widerständen berechnen.
Im allgemeinen besteht eine reale selbst gewickelte Spule aus drei Komponenten:
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