Aufladevorgang Spule Teil 2: Spannung und Strom beim Einschalten | Gleichstromtechnik #18

Elektrotechnik einfach erklärt

23 Dec 201809:21

Summary

TLDRIn diesem Video wird der Aufladevorgang einer Spule erklärt, wobei die grundlegenden Prinzipien der Induktion und der Selbstinduktion im Mittelpunkt stehen. Es wird gezeigt, wie die Spannung und der Strom in einem Stromkreis mit einer Spule über die Zeit variieren, beginnend bei der Schließung des Schalters, wobei die Induktionsspannung den Strom zunächst hemmt. Mit der Zeit wächst der Strom exponentiell, bis er sich einem Maximalwert nähert. Die Rolle der Zeitkonstanten und der Zusammenhang zwischen Spannung und Strom werden ebenfalls detailliert behandelt.

Takeaways

😀 Das Induktionsgesetz besagt, dass ein sich änderndes Magnetfeld eine Spannung in der Leiter-Schleife hervorruft.
😀 Die Lenz’sche Regel besagt, dass diese selbst-induzierte Spannung dem Stromfluss entgegenwirkt.
😀 Beim Schließen des Schalters beginnt der Strom durch die Spule zu fließen, wodurch ein Magnetfeld erzeugt wird.
😀 Zu Beginn des Aufladevorgangs fließt kein Strom durch die Spule, da die selbst-induzierte Spannung zu stark ist.
😀 Mit zunehmender Zeit steigt der Strom langsam an und nähert sich einem Endwert.
😀 Die Spannung an der Spule fällt exponentiell mit der Zeit ab, während der Strom ansteigt.
😀 Die Zeitkonstante (τ) ist ein charakteristisches Maß für den Aufladeprozess einer Spule und wird durch ihre Induktivität und den Widerstand bestimmt.
😀 Nach etwa fünf Mal τ fließt der Strom fast ungehindert durch die Spule, ähnlich wie durch einen Leiter.
😀 Der Zusammenhang zwischen Strom und Spannung beim Aufladevorgang folgt einer Exponentialfunktion.
😀 Nach dem Aufladevorgang verhält sich die Spule wie ein gerades Leiterstück und beeinflusst den Strom praktisch nicht mehr.

Q & A

Was passiert im Moment des Schalter-Schließens in einem Stromkreis mit einer Spule?
-Im Moment des Schalter-Schließens wird der Stromkreis geschlossen, und Strom kann theoretisch fließen. Gleichzeitig bildet sich in und um die Spule ein Magnetfeld, das eine Spannung induziert, die der Quelle entgegenwirkt.
Wie verhält sich die Spannung und der Strom beim Aufladevorgang einer Spule?
-Zu Beginn des Aufladevorgangs fließt noch kein Strom, und die Spannung an der Spule entspricht der Klemmenspannung der Quelle. Mit der Zeit steigt der Strom exponentiell an, während die Spannung an der Spule sinkt, da der Strom zunehmend durch den Widerstand fließt.
Was beschreibt das Induktionsgesetz in diesem Kontext?
-Das Induktionsgesetz besagt, dass eine Änderung des Magnetfeldes, das senkrecht eine Spule durchsetzt, eine Spannung in der Spule induziert. Diese Spannung wirkt der Ursache, der Änderung des Magnetfeldes, entgegen.
Was ist die Rolle der Lenz’schen Regel während des Aufladevorgangs?
-Die Lenz’sche Regel besagt, dass die selbstinduzierte Spannung in der Spule so ausgerichtet ist, dass sie dem Stromfluss entgegenwirkt. Dadurch wird der Strom anfangs stark gehemmt, und die Spannung sinkt mit zunehmender Zeit.
Wie verhält sich die Spule nach dem Abschluss des Aufladevorgangs?
-Nach dem Abschluss des Aufladevorgangs verhält sich die Spule wie ein einfacher Draht, da der Strom ungehindert durch sie fließen kann und keine selbstinduzierte Spannung mehr erzeugt wird.
Was beschreibt die Zeitkonstante τ (tau) in einem RL-Kreis?
-Die Zeitkonstante τ beschreibt, wie schnell der Strom in einem RL-Kreis steigt oder fällt. Sie ist definiert als das Verhältnis der Induktivität L zur Widerstand R (τ = L / R) und gibt die Zeit an, nach der der Strom etwa 63% seines Endwertes erreicht.
Wie berechnet man die Endstromstärke in einem RL-Kreis?
-Die Endstromstärke wird durch den Widerstand R und die Klemmenspannung U der Quelle bestimmt. Ohne die Spule würde der Strom einfach als U / R berechnet. Mit der Spule steigt der Strom jedoch exponentiell an und erreicht einen Endwert, der von den gegebenen Parametern abhängt.
Was passiert mit der Spannung an der Spule während des Aufladevorgangs?
-Zu Beginn ist die Spannung an der Spule gleich der Klemmenspannung der Quelle, da noch kein Strom fließt. Mit der Zeit sinkt die Spannung an der Spule exponentiell, da der Strom ansteigt und der Widerstand einen Spannungseinbruch verursacht.
Was bedeutet es, dass die Spannung an der Spule nach 5 mal τ nahezu null ist?
-Nach fünfmal der Zeitkonstanten τ hat sich der Strom nahezu vollständig stabilisiert, und die Spannung an der Spule fällt praktisch auf null, da die selbstinduzierte Spannung ihren Maximalwert erreicht und sich nicht weiter ändert.
Warum beeinflusst die Induktivität der Spule den Stromverlauf?
-Die Induktivität der Spule bestimmt, wie schnell sich der Strom im Stromkreis ändern kann. Eine höhere Induktivität verlangsamt den Anstieg des Stroms, da die Magnetfeldänderung langsamer erfolgt und die selbstinduzierte Spannung stärker wirkt.