Unipolare Induktion und deren Anwendungen

[El Cattivo]

[Aragorn]

1 mal Brabbeln bitte schön:

[achtphasen]

Hallo zg

ich habe meinen Beitrag ganz ernst gemeint. Weil das Vakuum (Fluid/Aether) ja (, wenn es denn existiert, was derzeit ja nur eine Minderheit in Betracht zieht,) absolut inkompressibel und vielleicht/wahrscheinlich sogar nichtteilchenartig ist, stelle ich mir die Navigation des IFOs ziemlich problematisch vor, wenn nur ein Antrieb vorhanden ist.

[zeitgenosse]

[zeitgenosse]

Dem Rat meines Kontrahenden folgend (vertiefter Blick in alte Notizhefte aus dem Unterricht) und um das Kernthema der INDUKTION würdig abzuschliessen, erlaube ich mir nachfolgend eine kurze Zusammenfassung.

Faraday hatte durch Versuche herausgefunden, wodurch elektrische Spannungen in einer geschlossenen Leiterschleife induziert werden.

Sein Befund lautete sinngemäss:

α) durch Veränderung benachbarter Ströme (Transformatorprinzip)

β) durch Lageänderung benachbarter Stromkreise (Generatorprinzip)

γ) durch Lageänderung benachbarter (Permanent)-Magnete (Dynamoprinzip)

Allgemein ausgedrückt besagt die Flussregel somit:

Die in einer Drahtschleife induzierte Spannung ist gleich der Aenderung des mit der Drahtschleife verketteten magnetischen Flusses.

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1) Für ruhende Randkurven lautet das Induktionsgesetz folglich:

Windungsspannung = - ∫∫(∂B/∂t)dA ; A ist die von der Randkurve begrenzte Fläche

Die im Kontext unverzichtbare Grösse (d/dt)Φ wird magnetischer Ruheschwund genannt - ein historisch bedingter Begriff.

Anm.: In der Regel schreibt man Φ in diesem Zusammenhang punktiert (was mir zeichenmässig nicht gelingen will, so dass ich für die Ableitung nach der Zeit statt dessen den Differentialoperator gesetzt habe).

Umfasst die Randkurve mehrere Windungen, nimmt die induzierte Spannung proportional mit der Windungszahl zu.

Anstelle der Umlaufpannung kann man auch die resultierende elektr. Feldstärke ∫E•ds bestimmen. Über den Satz von Stokes und Weglassen der diesbezüglichen Flächenintegrale erhält man dann die gegen Bewegung invariante zweite Maxwell-Gleichung (für mich eine der wichtigsten Gleichungen der Elektrotechnik überhaupt):

rot E = -∂B/∂t

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2) Für langsam bewegte Körper (Bewegungsinduktion) lautet das Induktionsgesetz:

Windungsspannung = - ∫∫ B•d(∂A/∂t) = - B(v x l)

und somit für eine beliebige Orientierung der Leiterschleife im Raum:

|u| = - cosα(Bvl) ; α = Winkel zwischen Feld und Flächenvektor

Die induzierte Spannung ist in diesem Fall also von der Flussdichte (die nicht variabel zu sein braucht) sowie von der Relativgeschwindigkeit zwischen Leiter und Magnetfeld und von der aktiven Länge des durchs Feld bewegten Leiters abhängig.

Soweit ist alles völlig einsichtig. Es handelt sich bei 1) und 2) um die bekannte Faradaysche Induktion. Um eine Umlaufspannung zu erhalten muss sich dazu lediglich der magnetische Fluss verändern. Dies kann auf grundsätzlich zweierlei Arten erfolgen:

a) durch Veränderung der Flussdichte bei gleich grosser Randkurve

oder

b) durch Veränderung der vom Magnetfeld durchsetzten Fläche

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3) Was aber, wenn der Flächenvektor bei b) orthogonal auf den Feldlinien steht oder die umrandete Fläche verschwindend klein ist? Nach dem Faradyschen Induktionsgesetz wäre in diesem Fall keine Windungsspannung zu erwarten. Und trotzdem kann eine solche durchaus gemessen werden. Erklären lässt sich dieses Phänomen nur über die Lorentzkraft, welche auf die Leiterelektronen derart einwirkt, dass sich eine Ladungstrennung - und damit eine Potentialdifferenz - im Leiterstab ausbildet, bis schliesslich die resultierende elektr. Feldstärke im stationären Gleichgewicht mit (v x B) steht.

Solches ist zweifellos bei der Faraday-Scheibe der Fall. Diese kann man sich auch gut als Speichenrad aus bspw. Aluminium vorstellen mit einer Nabe im Zentrum und einer geschlossenen Felge an der Peripherie. Rotiert dieses Rad im homogenen Feld eines Permanentmagneten, wird infolge der Lorentzkraft in jeder einzelnen Speiche eine Quellenspannung generiert. Nabe und Felge (die ebenfalls aus leitendem Material sein müssen) schliessen die Speichen zu einer Parallelschaltung von Spannungsquellen zusammen. Werden zudem zentral und peripherisch geeignete Kohlebürsten montiert, kann an einem äusseren Verbraucher (Lastwiderstand) Wirkleistung W = RI² umgesetzt werden.

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4) So weit, so gut. Weitaus rätselhafter wird es jedoch, wenn die N-Maschine ins Spiel kommt. Deren Aufbau ist recht simpel: Zwischen zwei axial magnetisierten Scheibenmagneten wird mit durchgehenden Schrauben eine leitende Mittenscheibe befestigt. Magnete und Scheibe besitzen somit immer dieselbe Orientierung im Raum, ganz gleich, ob sie rotieren oder stillstehen. Zwischen Leiterscheibe und diese durchsetzendem Magnetfeld gibt es nie eine Relativbewegung; denn das Feld rotiert mit den erzeugenden Magneten ja mit. Dass dem so ist, kann bspw. dadurch belegt werden, indem die Magnetscheiben mit Klauenpolen ausgestattet werden, zwischen denen sich feldlose Zwischenräume befinden. Würde das Feld nicht mitrotieren, müsste es alternierend von den (feldlosen) Zwischenräumen ausgehen, was selbst für den Laien offensichtlicher Unsinn ist. Und trotzdem wird auch hier zwischen Zentrum und Peripherie eine drehzahlabhängige Spannung gemessen. Wie bereits unter 3) kurz erwähnt - eine Skizze wäre dazu vermutlich nützlicher - können Stromabnehmer, Messleitungen und Voltmeter so miteinander verbunden werden, dass die dadurch entstandene Randkurve entweder verschwindend klein oder deren Flächenvektor rechtwinklig zu den Feldlinien steht, so dass keine Induktion zu erwarten ist.

Auch in diesem Fall hilft uns teilweise die Lorentzkraft weiter. Rotiert nämlich die Scheibenkonstruktion, wirkt auf die frei beweglichen Metallelektronen eine Zentrifugalkraft, wodurch sie nach aussen getrieben werden. Dabei wandern sie automatisch durch das axiale Magnetfeld, so dass zusätzlich zu diesem Effekt eine durch die Lorentzkraft erfolgende Ladungstrennung einsetzt. Folge davon ist, dass sich zwischen Peripherie und Radzentrum eine Potentialdifferenz ausbildet. Wegen der bei realistischen Drehzahlen nur geringen Drift der Ladungsträger ist die zu erwartende Spannung klein. Über niederohmige Stromabnehmer treibt diese die Elektronen in den äusseren Leiterkreis, sobald dieser über einen Lastwiderstand geschlossen wird.

Wenigstens für mich ist das alles noch immer ganz normale Elektrotechnik. Das sog. Paradoxon besteht einzig darin, dass hier die Faradaysche Induktion im günstigsten Fall lediglich eine Nebenrolle einnimmt. Was ich hingegen nicht verstehe ist, weshalb ein "Over-unity Effekt" (COP > 1) erfolgen soll. Selbst habe ich zwar noch nie eine N-Maschine umfassend ausgemessen (werde das aber noch nachholen); doch wenn ich den mir verfügbaren (glaubwürdigen) Quellen Glauben will, ist es so. Dafür aber benötige ich einen zusätzlichen Erklärungsansatz.

Gr. zg
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Make everything as simple as possible, but not simpler!

[Barney]

Vorschlag:

Um die Meinungsverschiedenheit der beiden Kontrahenten El Cattivo und Zeitgenosse im Fall der offenen, bzw. geschlossenen Leiterschleife aufzulösen, kann man bedenken, dass sich auch die elektrischen und magnetischen Felder bei einer Lorentztransformation ändern. Die Änderungen der Feldstärken bei einer LT (El Cattivo) kann man z.B. mit Hilfe des elektromagnetischen Feldstärketensors berechnen. Der Effekt der Ladungstrennung aufgrund der Lorentzkraft (Zeitgenosse) sollte damit unabhängig vom verwendeten Bezugssystem auftreten.
mfg

[zeitgenosse]

[El Cattivo]

[Barney]

[El Cattivo]

[zeitgenosse]

[Jens Blume]

Anmerkung: Bei genügend hoher Drehzahl einer elektrisch leitfähigen Scheibe tritt auch ohne externes Magnetfeld eine Ladungsverschiebung auf, ...