Erfahrungen mit der Monsterspule und Induktion 2. Art.

Für die Induktion 2. Art gilt:

Mit der Helmholtzspule, den Monsterspulen, dem selbstgebauten Netzgerät und einem Steckskaleninstrument mit 30 mV Messbereich von Phywe ließen sich alle Abhängigkeiten qualitativ gut zeigen.

Bei der Monsterspule 30 x 15 cm, halbierte sich die Induktionsspannung, wenn man statt 200 Windungen nur 100 Windungen benutzte.
Verwendet man die "kleine Spule" (15 x 15 cm, 200 Wdg.) so halbiert sich die Induktionsspannung ebenfalls.

Auch die Abhängigkeit von der Änderungsgeschwindigkeit der Flussdichte war gut zu zeigen.

Im Video erkennt man die Spule mit 30 x 15 cm und 200 Windungen. Die Stromstärke steigt in drei Grobschritten an. Gestoppt wird die Zeit für den Anstieg / Abfall von etwa 1,0 A bis etwa 3,0 A.
In der langsamsten Stufe dauert dieser Anstieg / Abfall etwa 1,5 s, in der zweiten Stufe etwa 1,0 s und in der schnellsten Stufe etwa 0,5 s.
Man erkennt, dass bei halber Anstiegszeit die Induktionsspannung etwa doppelt so groß wird (letzte zwei Messungen: Anstiegszeit 1,0s - Induktionsspannung etwa 5 mV ; Anstiegszeit 0,5 s - Induktionsspannung etwa 10 mV).
Die Mittelstellung des Instruments ist bei 15 Skalenteilen.

Quantitativ hingegen passten die Ergebnisse zunächst nicht zur Theorie. Die angezeigten Induktionsspannungen betrugen nur etwa die Hälfte der Werte, die sich nach der Theorie hätten ergeben sollen.

Die Linearität der Feldänderung konnte ich als Ursache sicher ausschließen, das Netzgerät arbeitete perfekt.
Ich hatte dann eine mögliche Inhomogenität der Feldstärke in den Randbereichen der Helmholtzspulen im Verdacht, aber nach einer Nachmessung mit einer Hallsonde verwarf ich auch diese Erklärungsmöglichkeit.

Dann fand ich die Ursache doch noch:

Die Steckskala des 30 mV Bereichs der Phywe Steckskalen hat einen Innenwiderstand von etwa 70 Ohm.
Dies ist auch ungefähr der Wert, den der Widerstand des Spulendrahtes der Monsterspule hat.

Durch den Anschluss des Messinstrumentes wird die Spule strenggenommen zum stromdurchflossenen Leiter. Am Widerstand der Monsterspule und am Widerstand des Messgerätes fallen dann Teilspannungen ab. Da beide Widerstände etwa gleich groß waren, fiel am Messinstrument und an der Spule selbst je die Hälfte der Spannung ab.
In Wirklichkeit zeigte das Instrument also nur diese Teilspannung und nicht etwa die wirkliche Induktionsspannung an!

Ich benutzte dann diesen scheinbaren Widerspruch zwischen Experiment und Theorie im Unterricht sogar, um in das Thema "Induktionsspule als stromdurchflossener Leiter" einzusteigen. Es bietet sich sogar an, das bewusst so zu provozieren.
Meine Schülerinnen und Schüler - und auch ich selber - haben aus dem "Flop" viel gelernt.

Verwendet man statt des Steckskaleninstruments z.B. ein übliches Digitalmultimeter, dessen Eingangswiderstand bei etwa 1 Megohm liegt, dann ergeben sich auch die nach der Theorie zu erwartenden Induktionsspannungen.