Was ist ein induzierter Strom?

Ein geschlossener Stromkreis mit fließender Energie veranschaulicht die beiden Teile der elektromagnetischen Kraft: Elektrizität und Magnetismus. Elektrizität wird erzeugt, indem Elektronen von einer Spannungsquelle – zum Beispiel einer Batterie – durch einen leitenden Draht geschoben werden. Der ursprüngliche Draht besitzt nicht nur einen Elektronenfluss, er erzeugt auch ein Magnetfeld um diesen Fluss herum. Diese Verhaltensweisen der elektromagnetischen Energie treten gepaart auf: der Elektronenfluss und das Magnetfeld, das der Fluss erzeugt. Wenn ein Draht, in dem Elektronen fließen, in die Nähe eines anderen Drahts gebracht wird, induziert das Magnetfeld des ersten Drahts einen Fluss – einen induzierten Strom – entlang des zweiten Drahts.

Im Jahr 1831 veröffentlichte Michael Faraday seine Entdeckung, dass ein Strom in einem Draht einen Strom in einem anderen Draht induzieren kann. 1862 wurde dieses Phänomen des induzierten Stroms von James Clerk Maxwell mathematisch beschrieben; es basierte auf den Gleichungen von Kollegen, die andere Energieaustausche beschrieben hatten, wie zum Beispiel Spannungsflüsse in Festkörpern und Fluidströmungen in Flüssigkeiten. Die Maxwell-Gleichung beleuchtet die Gründe für induzierten Strom oder Induktivität, indem sie zeigt, dass der Stromfluss auf zwei Arten gemessen werden kann: als Spannungsabfall, der den Elektronenfluss erzwingt, und als magnetisches Flussfeld, das vom Fluss ausgeht.

Induzierter Strom kann verstärkt werden, wenn ein elektrisch leitender Draht in Stromrichtung in eine enge Spule gezwungen wird. Ein Transformator funktioniert, indem er Spulen aus zwei Stromkreisen parallel und nahe beieinander platziert, so dass elektrische Energie von einem Stromkreis zum nächsten übertragen wird. Diese induktive Kopplung tritt auf, wenn sich die von den Spulen ausgehenden Magnetfelder phasengleich überschneiden und eine maximale Energiemenge übertragen. Dieser Austausch ähnelt dem Stoßen eines Kindes auf einer Schaukel: Wenn der Stoß richtig getimt ist, wird die Schaukel mit der maximalen Geschwindigkeit nach oben getrieben.

Wenn ein stromführender Draht um einen Eisenstab gewickelt wird, kann er ein Magnetfeld erzeugen, das das Magnetfeld eines anderen solchen Elektromagneten anziehen oder abstoßen kann. Ein Motor und ein Generator bestehen jeweils aus zwei Magneten, einem beweglichen und einem feststehenden. Der bewegliche Magnet induziert beim Kontakt mit dem stationären Magneten eine Richtungsänderung des Elektronenflusses, was dazu führt, dass sich die Magnete gegenseitig abstoßen. Diese Richtungsänderung des induzierten Stroms erzeugt ein abwechselndes Drücken und Ziehen, wodurch sich der bewegliche Magnet dreht. Die Induktivität kann in die entgegengesetzte Richtung wirken, wenn mechanische Energie eines rotierenden Propellers, der an einem Generatormagneten befestigt ist, den Elektronenfluss in Akkumulatoren erzwingt.