Vorüberlegungen zur Induktion 2. Art mit der Helmholtzspule.

Konzeption eines Netzgeräts für die Helmholtz-Spule.

Es wäre natürlich schön, wenn man im Unterricht auch die Induktion 2. Art mit der "Monsterspule" zeigen könnte. Dabei muss dann das Magnetfeld wieder mit der Helmholtzspule erzeugt werden.

Bei der Induktion 2. Art bleibt die vom Magnetfeld (senkrecht) durchsetzte Fläche konstant, während sich die Stärke des Magnetfeldes verändert.
Für diese Art der Induktion gilt bekanntlich:



Da die Spulenfläche A nun relativ groß ist (bei der Monsterspule mit 30 x 15 cm also 450 cm² statt 40 cm²), kann man erwarten, dass auch bei einer Windungszahl von n = 200 noch eine so große Induktionsspannung entstehen kann, dass man im Prinzip ohne Messverstärker auskommen könnte (mehr dazu später).

Die Gleichung besagt weiter (genauer für Delta t gegen 0), dass man eine konstante Induktionsspannung bekommt, wenn das von der Helmholtzspule erzeugte Magnetfeld linear anwächst.

Zwei Systeme erfordern unterschiedliche Netzgeräte.

Für die lange NEVA-Spule gibt es dafür ein eigenes Netzgerät, das einen linearen Spannungsanstieg erzeugt.
Wenn dieser langsam genug erfolgt, ergibt dies einen langsamen Anstieg der Stromstärke und damit einen langsamen Anstieg der magnetischen Flussdichte.
Bei einem sehr schnellen Anstieg würde sich wegen der relativ großen Eigeninduktivität (die Spule hat 16000 Windungen!) wohl kein linearer Stromanstieg ergeben, wenn die Spannung linear zunimmt.
Ein schneller Anstieg ist aber gar nicht wünschenswert, denn man sollte ja die Induktion beobachten und die entstehende Spannung ablesen können.
Bei der Helmholtz-Spule entsteht dieses Problem nicht, da die Eigeninduktivität wegen der niedrigen Windungszahl ohnehin sehr klein ist.

Die Daten der beiden Spulen und der zum Betrieb nötigen Netzgeräte im Vergleich:

Die NEVA-Spule besteht aus vielen Windungen sehr dünnen Drahtes, daher ist ihr Innenwiderstand groß.
Die Helmholtz-Spule hat nur wenige Windungen aus dickem Draht, ihr Innenwiderstand ist daher sehr klein.

Deshalb erfordern beide Spulen ganz unterschiedliche Netzgeräte. Das Netzgerät für die NEVA-Spule muss für den Maximalstrom von 100 mA eine Spannung von etwa 200 V liefern.
Die Helmholtz-Spule kann mit einem Maximalstrom von 4,0 A betrieben werden. Dafür ist eine Spannung von ca. 20 V nötig.

Eine solche Stromstärke kann das NEVA-Netzgerät niemals liefern, es ist daher für die Helmholtz-Spule nicht brauchbar!

Ein passendes Netzgerät, das einen linearen Spannungsanstieg (0 V - 20 V) für die Helmholtzspule erzeugen kann, gibt es - soweit ich weiß - nirgends zu kaufen. Also ist wieder einmal Eigenarbeit angesagt ;-). Der Bau eines solchen Netzgerätes ist hier beschrieben, wir helfen mit Platinenlayouts und besprechen die Schaltung. Mit ein wenig Erfahrung beim Bauen elektronischer Schaltungen ist das nicht allzu schwierig. Die Abbildung zeigt das Netzteil ohne Transformator und Gleichrichtung in einer Experimentierform. Die Buchsen, Schalter und Regler wurden in einer Plexiglasscheibe befestigt. Eine Bauanleitung finden Sie auf den nächsten Seiten.

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