Grundidee

Ein sehr einfacher Versuch: ein starker Magnet wird möglichst schnell in eine Luftspule hinein- und wieder aus hier heraus bewegt. Dadurch wird ein kleiner elektrischer Strom erzeugt, man sagt: induziert. Der Versuch wurde spätestens im Jahr 1837 zum ersten Mal durchgeführt.^[1]

Bildbeschreibung und Urheberrecht — Ein sehr starker Neodymmagnet wird mit schnellen wedelnden Bewegungen in eine Luftspule hinein- und wieder aus hier herausbewegt. Dadurch wird ein elektrischer Strom von etwa 4 Mikroampere erzeugt. Die Luftspule hatte rund 20 Windungen, einen Durchmesser von gut 5 cm und eine Länge von 4 cm.☛

Benötigtes Material

Ein möglichst starker Magnet, z. B. Neodymmagnet ↗

Strommessgerät, zum Beispiel ein Multimeter ↗

Eine einfache Luftspule ↗

Vorbereitung

Man besorge sich zunächst eine Luftspule oder baue sich eine. Der Effekt tritt bereits bei Luftspulen mit geringer Wicklungszahl, etwa 20 Wicklungen genügen, auf. Diese Luftspule schließt man mit ihren beiden Drahtenden an ein Multimeter an. Die Polung, wo also + oder - sind, ist unwichtig. Man stelle das Multimeter die Messung der Stromstärke, also Ampere ein. Man wählt dabei den empfindlichsten Bereich, zum Beispiel Mikroampere.

Durchführung

Man führt dann einen möglichst starken Magneten möglichst schnell und oft hintereinander in die Luftspule ein und zieht ihn wieder heraus. Auf dem Multimeter sollte dann eine Stromstärke angezeigt werden. Bewegt man den Magneten nicht, sollte die angezeigte Stromstärke bei 0 Ampere liegen.

Was bedeutet der Versuch?

Wenn das Multimeter eine Stromstärke in Ampere anzeigt, dann fließen Stromteilchen durch die Spule. Stromteilchen sind hier sogenannte Elektronen. Die Ampere-Zahl gibt indirekt an, wie viele dieser Stromteilen in jeder Sekunde durch das Strommessgerät fließen. Mehr dazu unter Stromteilchen ↗

Interessante Effekte

Man kann mit diesem Versuch selbst Strom erzeugen. Der Strom ist noch sehr schwach. Man könnte damit zum Beispiel keine Glühbirne zum leuchten bringen oder ein Radiogerät betreiben. Eine interessante Frage ist es, wie man die erzeugte Stromstärke, also die Amperezahl, größer machen könnte:

Je schneller man den Magneten bewegt, desto größer ist die Amperezahl.

Je mehr Wicklungen die Spule hat, desto größer ist die Amperezahl.

Je stärker der Magnet ist, desto größer ist die Amperezahl.

Ist es wichtig, wie man den Magneten bewegt?

Ja nicht jede Bewegungsart erzeugt die gleiche oder überhaupt einen elektrischen Strom. Worauf es ankommt ist, dass man möglichst schnell möglichst stark verändert, wie viele Magnetfeldlinien durch die Spule gehen. Lies mehr zum physikalischen Hintergrund unter elektromagnetische Induktion ↗

Das historische Vorbild

Im Jahr 1832 hielt der baltendeutsche Physiker Emil Lenz eine Vorlesung an der Universität von Sankt Peterburg. Aus dieser Vorlesung entstand dann später eine Veröffentlichung in den Annalen der Physik und Chemie.^[1] Dort heißt es:

ZITAT:

Nachdem ich die Hauptversuche Faraday's wiederholt hatte, ließ ich es meine erste Aufgabe seyn, auszumitteln, auf welche Weise man die Phänomene der magnetischen Einwirkung auf eine plötzich genäherte oder entfernte Spirale am leichtesten und stärksten hervorbringen könne. Zu dem Ende mußte ich aber bestimmen welchen Einfluss 1) die Anzahl der Windungen, 2) die Weite der Windungen, 3) die Dicke des Drathes, 4) die Substand der Windungen der elektro-magnetischen Spirale (d. h. derjenigen, auf welche der Magnet einwirkt) auf das Phänomen habe".^[1]

Es folgt dann eine sehr detaillierte Beschreibung des Versuchs nach Aufbau und Durchführung. Lenz fand unter anderem heraus, dass sich nämlich die "elektromotorische Kraft, welche der Magnet in der Spirale erregt, bei gleicher Größe der Windungen, und bei gleicher Dicke und gleicher Substanz des Drahtes, direkt wie die Anzahl der Windungen verhalte.". Heute würde man sagen: die induzierte Spannung also proportional zur Windungszahl N ist. Für die Weite der Windungen fand Lenz heraus, dass "die elektromotorische Kraft, welche der Magnetismus in den ihn umgebenden Spiralen erregt, bei jder Größe der Windungen dieselbe ist." Für den Einfluss der Drahtdicke fand Lenz, dass die "durch den Magneten in der Spirale hervorgerufene, elektromotorische Kraft für jede Dicke der Drähte dieselbe bleibe, also von ihr unabhängig sey." Und auch das verwendete Leitermaterial zeigte keinen Einfluss, denn Lenz fand heraus, dass "die elektromotorische Kraft, welche der Magnet in Spiralen aus Drähten von verschiedenen Substanzen, die sich aber sonst unter ganz denselben Umständen befinden, erregt, für alle diese Substanzen vollkommen gleich sey." Ferner vermutete Lenz, dass die Stärke des induzierten Stroms von der Stärke des verwendeten Magneten abhinge. Lenz schrieb: "Das Maximum des Stroms steht in directem Verhältnis zu f, d. h. zur Kraft des Magneten oder vielmehr zur Stärke des im Anker beim Anlegen an den Magneten entstehenden und wieder verschwindenden Magnetismus."

Bemerkenswert an den sehr sorgfältig dokumentierten Versuchen von Lenz ist, dass er noch nicht erkannt hatte, dass die Stärke der induzierten Spannung oder des induzierten Stromes von der Geschwindigkeit der Änderung des magnetischen Flusses durch die Spirale abhing. Siehe dazu auch Induktionsgesetz ↗

Fußnoten

[1] Emil Lenz: Ueber die Gesetze, nach welchen der Magnet auf eine Spirale einwirkt, wenn er ihr plötzlich genähert oder von ihr entfernt wird, und über die vortheilhafteste Construction der Spirale zu magneto-elektrischem Behufe. In: Annalen der Physik und Chemie. Band 110, Joh. Ambr. Barth, Leipzig 1835, S. 385-418. Siehe auch Emil Lenz ↗