Lenzsche Regel: Richtung des Induktionsstroms

Solange der magnetische Fluss durch eine Schleife konstant bleibt, entsteht keine Induktionsspannung. Eine Änderung von Feldstärke, durchsetzter Fläche oder Ausrichtung kann den Fluss ändern.

Die Flussänderung erzeugt zunächst Spannung. Ein merklicher Induktionsstrom braucht einen geschlossenen Stromkreis. Die Lenzsche Regel beschreibt dessen Richtung: Das eigene Feld hemmt die verursachende Flussänderung. Bei wachsendem äußerem Fluss wirkt es der Zunahme entgegen; bei sinkendem Fluss unterstützt es die bisherige Feldrichtung.

Prüfe zuerst, ob der Fluss zu- oder abnimmt. Bestimme dann das Feld, das diese Änderung hemmt. Aus dieser Feldrichtung kannst du mit einer Handregel die Stromrichtung bestimmen.

Für eine Schleife lautet die mittlere Spannung bei gewählter positiver Flächenrichtung:

U_{\mathrm{ind}}=-\frac{\Delta\Phi}{\Delta t}

Das Minuszeichen drückt die Gegenwirkung aus. Feldrichtung, Fläche und Bewegung bestimmen die konkrete Polung.

Ein vollständiges Beispiel zeigt den Unterschied zwischen Annäherung und Entfernung. Dasselbe Bewegungsmuster gilt auch beim zugewandten Südpol: Annäherung führt bei einem frei beweglichen Ring zur Abstoßung, Entfernung zur Anziehung. Die Polung des Rings und die Stromrichtung sind dann gegenüber dem Nordpol-Fall vertauscht.

Um die technische Stromrichtung zu bestimmen, blicke von der Magnetseite auf den Ring. Richte den Daumen der rechten Hand in die Richtung des induzierten Feldes durch den Ring. Die gekrümmten Finger zeigen die technische Stromrichtung. Beim Annähern des Nordpols zeigt das induzierte Feld zum Magneten: Von dort gesehen fließt der Strom gegen den Uhrzeigersinn. Beim Entfernen fließt er im Uhrzeigersinn.

Ist der Ring offen, kann weiterhin eine Induktionsspannung entstehen. Ohne geschlossenen Weg fließt aber kein merklicher dauerhafter Induktionsstrom, der eine starke magnetische Gegenwirkung erzeugen könnte.

Beim Hineinschieben eines Magneten in eine geschlossene Spule spürst du eine Gegenwirkung. Um die Bewegung fortzusetzen, musst du mechanische Arbeit verrichten. Diese Arbeit wird in elektrische Energie und schließlich häufig in Wärme umgewandelt. Eine Kraft, die die Bewegung ohne Energiezufuhr verstärken würde, widerspräche der Energieerhaltung.

Bei einem belasteten Generator wirkt der Induktionsstrom der antreibenden Bewegung entgegen. Deshalb muss dem Generator mechanische Energie zugeführt werden. Eine Wirbelstrombremse nutzt induzierte Ströme im Metall, um eine Bewegung zu bremsen. In einem Induktionskochfeld wandeln Wirbelströme im Kochgefäß elektrische Energie in Wärme um. Bei einem Metalldetektor verändern induzierte Wirbelströme das messbare Magnetfeld einer Spule.

Ein fallender Magnet bewegt sich durch ein Kupferrohr langsamer als ein gleichartig fallender nichtmagnetischer Gegenstand. Kupfer ist leitfähig; in geschlossenen Wegen können Wirbelströme fließen. Deren Feld hemmt die verursachende Bewegung. Ein längs durchgehender Schlitz kann diese Stromwege unterbrechen.

Auch eine Spule kann durch Änderung ihres eigenen Stroms eine Spannung induzieren. Für eine mittlere Stromänderung gilt:

U_{\mathrm{ind}}=-L\cdot\frac{\Delta I}{\Delta t}

L ist die Induktivität, I die Stromstärke. Beim Einschalten verzögert die Selbstinduktionsspannung den Stromanstieg. Beim Ausschalten kann sie den Strom über einen weiter geschlossenen Weg vorübergehend erhalten. Bei konstantem Gleichstrom ändert sich das Feld nicht weiter; dann endet die Selbstinduktionsspannung.