Was ist eine elektromagnetische Kopplung?

Elektromagnetische Kopplung ist ein Phänomen, das bei elektrischen Leitungen und Schaltkreisen üblich ist, bei dem ein elektromagnetisches Feld in einem zu einer elektrischen Ladung in einem anderen führt. Sie wird oft als induktive Kopplung bezeichnet, weil der Vorgang aufgrund der elektrischen Induktivität stattfindet, bei der eine Übertragung elektromagnetischer Eigenschaften von einem Ort zum anderen erfolgt, ohne dass ein physischer Kontakt stattfindet. Damit eine elektromagnetische Kopplung stattfinden kann, muss sich das elektromagnetische Feld, das sie erzeugt, ändern. Aus diesem Grund erzeugen Gleichstromgeräte (DC) diesen Effekt nicht, aber er ist in Wechselstromkreisen (AC) üblich. Das Prinzip der elektromagnetischen Kopplung wurde 1831 von Michael Faraday und Joseph Henry entdeckt und ist als Faradaysches Gesetz bekannt.

Wenn ein Wechselstrom in einem Stromkreis oder in einem Draht eine Spannung in einem anderen Draht induziert, liegt dies normalerweise daran, dass sich beide in unmittelbarer Nähe befinden, beispielsweise in den elektrischen Wicklungen von Transformatoren. Dies ist jedoch nicht immer der Fall, und auch bei Funk- und Telefonübertragungen kann es zu unbeabsichtigten Kopplungen über eine Entfernung kommen, die als Übersprechen bezeichnet werden. Absichtliche elektromagnetische Kopplung ist das Prinzip, auf dem Transformatoren basieren, wobei der Strom in einer Sekundärdrahtwicklung basierend auf dem Strompegel in einer Primärwicklung des Geräts in der Spannung hoch- oder heruntergesetzt werden kann.

Da elektromagnetische Strahlung in der Natur ein zweifacher Zustand ist, bei dem elektromagnetische Wellen sowohl aus elektrischen als auch aus magnetischen Eigenschaften bestehen, gibt es auch zwei Arten von Kopplungen. Eine elektrische Kopplung entsteht, wenn sich eine positive oder negative Ladungsdichte in einem Draht oder Stromkreis ändert und diese wie Ladungen in einem anderen Stromkreis abstößt. Der Prozess der Abstoßung von ähnlichen Ladungen in einem nahegelegenen Draht bewirkt, dass sie sich innerhalb des Drahtes bewegen, und dies ist die Definition dessen, was elektrischer Strom ist. Diese Form des Stromflusses wird oft als Ladungskopplung oder Kapazitätskopplung bezeichnet.

Die magnetische Kopplung ist die Kehrseite dieses Effekts. Wenn ein Strom in einem Draht fließt, erzeugt er ein magnetisches Feld. Bei Wechselstrom schwankt dieses Magnetfeld und verursacht ein sich änderndes Magnetfeld in gekoppelten Stromkreisen oder Drähten. Magnetfelder sind bei elektromagnetischer Kopplung direkt senkrecht zu elektrischen Feldern, so dass die Änderung eines Magnetfelds in einem Stromkreis den Stromfluss in einem anderen ändern kann.

Auf dem Prinzip der elektromagnetischen Kopplung bauen alle modernen Elektromotoren, Relais und Transformatoren auf. Stromgeneratoren nutzen es ebenso wie eine Vielzahl von kommunikationsbezogenen Geräten, von CB-Radios bis hin zu Fernsehern und drahtlosen Türschlössern für Gebäude und Autos. Es kann auch die Funktionsweise einer Schaltung beeinträchtigen und Störungen in der Telekommunikation verursachen. In diesem Fall wird es oft als elektromagnetische Interferenz (EMI) bezeichnet. Nicht alle EMI sind jedoch unbeabsichtigt, da sie auch als eine Form der Trägerwelle verwendet werden können, um die Signalstärke zu verbessern.