Lenz’sche Regel

Mit der Lenz’schen Regel kann die Richtung der induzierten Spannung bestimmt werden. Eine elektrische Spannung ist ja eine Differenz von zwei elektrischen Potenzialen. Elektrische Ladungen möchten vom einen höheren Potenzial zum tieferen Potenzial wandern und damit ihre Energie abgeben.

In der nachfolgenden Grafik sehen wir eine Spule, in welche ein Permanentmagnet eingeführt wird. Der magnetische Fluss \(\Phi_B\) erhöht sich, weil damit mehr Feldlinien durch die Spule verlaufen als vorher. Beachte, dass in der Grafik nicht alle Feldlinien gezeichnet sind.

Gemäss Lenz’scher Regel wird eine Spannung induziert, die diesem Vorgang entgegen gestellt ist, d.h. die Spannung ”versucht” der Erhöhung des magnetischen Fluss \(\Phi_B\) entgegenzuwirken. Wie tut sie das? Nehmen wir an, dass die Spule alleine da wäre, ohne äusseres Feld, würde diese angelegte Spannung zu einem Stromfluss führen. Dieser Stromfluss würde von oben gesehen die Spule im Uhrzeigersinn durchlaufen. Mit der Rechte-Hand-Regel haben wir den Strom in Richtung des Daumens und die restlichen Finger zeigen nach unten, d.h. der Strom in der Spule erzeugt ein magnetisches Feld, das nach unten gerichtet ist.

Die Folge der Spannung ist demnach ein nach unten gerichtetes Magnetfeld. Das ist die Reaktion auf ein nach oben gerichtetes, zunehmendes Magnetfeld. Die Lenz’sche Regel besagt, dass die Reaktion dem äusseren Einfluss entgegenwirkt.

Führen wir eine Leiterschlaufe in ein Magnetfeld ein, so haben wir die gleiche Situation wie weiter oben besprochen. Der magnetische Fluss \(\Phi_B\) nimmt zu. Gemäss Lenz’scher Regel wird eine Spannung \(U_{ind}\) induziert, so dass der daraus resultierende Strom ein Magnetfeld erzeugt, das dem äusseren Magnetfeld entgegengesetzt ist.

Wenn wir mit der Leiterschlaufe einmal vollständig im Magnetfeld sind und dieses Magnetfeld konstant ist, dann ändert sich am magnetischen Fluss nichts. Er bleibt konstant.

Wenn der magnetische Fluss konstant ist, dann verschwindet die Änderung des magnetischen Flusses und wir haben keine induzierte Spannung mehr.

\[ U_{ind} = N \cdot \frac{d}{dt} \Phi_B = 0 \]

Sobald die Leiterschlaufe anfängt, das äussere Magnetfeld zu verlassen, fängt der magnetische Fluss an abzunehmen. Damit ändert sich der magnetische Fluss wieder und es folgt eine induzierte Spannung.

Dieses Mal ist sie aber anders gerichtet, denn gemäss Lenz’scher Regel soll der aus der induzierten Spannung resultierende Strom ein Magnetfeld erzeugen, das den Verlust des äusseren Felds kompensieren soll. Nimmt also der magnetische Fluss ab, so wird eine Spannung induziert, deren Strom den magnetischen Fluss zu stützen versucht.