Materialien zum Unterricht

Spule

Aufgabe: Es soll der Verlauf der Stromstärke beim Einschalten einer realen Spule von 0 bis zum Maximalwert dargestellt werden.

Vorbetrachtung:

  1. Eine reale Spule besteht aus der Induktivität L und dem ohmschen Widerstand des Drahtes. Beide stellen eine Reihenschaltung dar. Die Induktivität selber hat nur einen induktiven Widerstand.
  2. Der Strom benötigt eine bestimmte Zeit, um seinen Maximalwert zu erreichen. Da er sich während dieser Zeit ändert, wird in der Induktivität eine Spannung induziert. Damit existiert in dem Stromkreis kurzzeitig eine zweite Spannungsquelle (Uind), die entgegengesetzt zur eigentlichen Spannung U gepolt ist (Lenzsche Regel)..
  3. In dem Stromkreis fließt an allen Stellen der Strom in gleicher Stärke.
Erstellung der Modellierung
Es gelten folgende Zusammenhänge:
  1. Die Spannung über dem Widerstand ist die Differenz der beiden anderen Spannungen:
  2. Der fließende Strom kann z.B. aus der Spannung über dem Widerstand und dem Widerstandswert berechnet werden:
  3. Die Induktionsspannung berechnet sich aus der Induktivität der Spule und der Stromänderung je Zeit:

Nun sieht man, dass der fließende Strom von der Spannung abhängt, die über dem Widerstand R anliegt. Diese Spannung wird von der Spannung der Spannungsquelle und der Induktionsspannung bestimmt. Die Induktionsspannung jedoch wird von der Stromänderung bestimmt. Damit schließt sich der Kreis.

In der Modellierung wird nun der Strom schrittweise berechnet.

Nutze für die Modellierung folgende Werte:

R = 10 Ohm, U = 10 V, L = 3 H. Nach 2 Sekunden hat der Strom seinen Maximalwert erreicht.

Aufgabe: Stelle den Verlauf des Stromes beim Ausschalten dar. Es müssen nur Veränderungen in den Startwerten vorgenommen werden!

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