Wie erklärt man die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung bei einer Spule im Wechselstromkreis richtig?

Hallo, wir behandeln aktuell in Physik das Verhalten einer Spule im Wechselstromkreis.

Festgestellt haben wir bisher, dass es eine Verzögerung von Strom und Spannung in einer Spule von pi/2 gibt. Aber irgendwie gibt es jetzt 2 Erklärungen, die aber aus meiner Wahrnehmung, 2 unterschiedliche Annahmen machen:

Die 1. Erkärung beschreibt das ganze quantitativ. Die Spannung über einer Induktionsspule ergibt sich zu : U = L* dI/dt . Umgeformt erhält man dann das die maximale Induktionsspannung u(max) = i(max) * w* L ist.

Im Grunde will mir die Formel vermitteln, dass hier der Strom kausal für die Spannung über der Spule verantwortlich ist, was in meinen Augen auch mehr Sinn macht. Ist der Strom durch eine Sinusfunktion beschrieben, dann ändert sich das magnetische Feld dann am stärksten und damit der magnetische Fluss durch die Spule, wenn auch die Änderung der Stromstärke maximal ist. Also muss die Induktionsspannung U die Ableitung dieser sinusförmigen Stromfunktion sein, was der cos ist und damit auch die Phasenverschiebung von pi/2 nach links erklärt. Strom ist hier also kausal für die Spannung.

Was mir hier allerdings nicht gefällt ist, dass die Spannung dem Stromfluss teilweise auch entgegenwirkt (Lenzsche Regel), was wiederum den Strom selbst drosseln müsste.

Die zweite Erklärung ist von rein qualitativer Natur und sieht die Induktionsspannung kausal für den Strom durch die Spule, viele sagen ja auch "der Strom läuft der Spannung voraus". Es läge ja daran, dass eine Spule grundsätzlich träge sein und erst später Strom fließen kann, wenn Spannung da ist. Aber wie will man das anschaulich erklären? Auch kann man doch nicht auf den Strom verzichten, denn es ist ja der Strom, der durch das sich aufbauende Magnetfeld gedrosselt wird und damit den Strom sozusagen verzögert.

Ich hoffe man, versteht, wo mein Problem liegt. Es geht so ein bisschen um die Kausalität, ist es der Strom der in der Spule die ganze Spannung bewirkt, oder die Spannung, die einen verzögerten Strom entstehen lässt?

Danke im Voraus!

Physik, Spule, Wechselstrom
Fehler in Schaltkreis?

Hallo Community,

ich baue mit Freunden für ein Schulprojekt eine art Coilgun.

wir haben dafür Spulen gewickelt und planten diese nacheinander mit einem arduino über Transistoren anzusteuern. Die Spannung sollte uns ein Labornetzteil liefern.

Nun gibt es das Problem, dass es nicht funktioniert wobei die Physik scheinbar nicht mehr funktioniert (Spaß… Fehler ist nur mega komisch).

Zur Vereinfachung

haben wir für die Fehlersuche nur eine Spule verwendet… Ich liste unten auf was die ergebnisse der Fehlersuche sind.

-Nur die Spule am Netzteil : Bei 3V fließen laut Netzteil 3A (???) und es wird ein relativ starkes Magnetfeld erzeugt.

-zwischen den Kabeln an denen das Arduino „Brett“ fließen nach dem anschließen 3V und wenn eine LED an den Transistor angeschlossen wird leuchtet diese

-wenn jetzt aber die Spule über das Brett mit dem Transistor verbunden wird, geht es nicht mehr :( laut Netzteil fließen dann nur 0,003A und es wird kein Magnetfeld erzeugt

-am Übergang zwischen Kabel und Spule liegt es nicht.

Fragen: Woran liegt es dass die Spule nicht funktioniert? Warum können an der Spule 3A (also Widerstand nur 1 Ohm???) fließen obwohl ein Multimeter für die Spule 150kO misst?

habe ein bild angehängt… evtl. vereinfacht es meine Erklärungen.

Text ist lang und evtl. kompliziert aber ich hoffe es kann mir trotzdem jemand helfen…

LG

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Magnet, Elektrik, Spannung, Physik, Schaltung, Spule, Widerstand
Anfangsspannung durch Spannung nach 7 ms logarithmieren?

Wenn man die den Widerstand R bei einem entladenen Kondensator berechnen will, muss man doch -t / (C * (ln (U(t)/U0)) rechnen.

t ist 7 ms = 0,007 s

U (t) = 260 V

Da die Spannung auf 25 % absinkt => 0,25 * 260 = 65 V.

C ist 35 µF = 35 * 10^6 F

Dann eingesetzt: -t / C * (ln (U(t)/U0) = -0,007 / ((35*10^6 F)*ln(65V/260V) = -0,007 s / ln (0,25) = 144 Ohm. Steht auch so in der Musterlösung.

So, jetzt aber das Problem. Beim Vorrechnen der Aufgabe hat unser Tutörchen für U(t) = 195 V eingesetzt. Ich dachte zuerst, das wäre ein Fehler, weil ja in der Aufgabenstellung steht, daß der Kondensator auf 25 % entladen wird und nicht um 25 % . Aber er kommt ja trotzdem auf densselben Wert (144,27 )

Ich verstehe nicht was unser Tutor da verzapft hat. Wenn ich ln (195/260) teile, ist das bei mri nie im Leben ln (0,25), sondern ln (0,75). Gibt es vielleicht irgendeine geheime Formel, die sagt, dass man ln (1 - 0,75) rechnen soll, von der ich nichts weiß?

Ich komme jedes Mal auf -0,007 / ((35*10^6 F)*ln(65V/260V) = -0,007 s / ln (0,25) = 144 Ohm.

Aber er rechnet ja -0,007 / ((35*10^6 F)*ln(195V/260V) und das ist bei mir jedes Mal 695 Ohm.

Ich bin mir jetzt nicht sicher ob man U(t) = 65 rechnen soll oder U(t) = 195 V.
Für 65 V spricht, daß man so auf das Ergebnis kommt.

Für 195 V spricht, daß unser Tutor das so gerechnet hat und auf 144 Ohm kommt, auch wenn ich seinen Rechenweg nicht nachvollziehen kann.

Kommilitonen von mir haben auch alle mit 195 V gerechnet und kommen auf 144 Ohm. Was mach ich falsch?

Mit freundlichen Grüßen,

Jensek81,
Medium und Lichtarbeiter.

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Mathematik, Strom, rechnen, e-Funktion, Spannung, Elektrodynamik, Exponentialfunktion, Formel, Induktion, Kondensator, Logarithmus, Spule, Zeit, Entladung, Induktivität
Funktioniert meine Teslaspule?

Guten Tag

Ich wollte mal eine Teslaspule bauen. Jetzt stehe ich in meinem Zimmer und frage mich, ob meine Teslaspule funktionieren würde. Ich habe eigentlich null Erfahrungen mit Teslaspulen. Das Konzept verstehe ich und habe versucht eine zu bauen mit dem Wissen dass ich habe. Ich habe leider Angst sie einzustecken und will wissen ob alles gut ist. 

Ich starte mit AC 220-230V. Das geht zum Schalter und nachher zu dem Trafo (auf dem Bild links). Dazwischen ist noch eine 10 Ampere Sicherung. (Maximaler Wert in der Schweiz bei normaler Steckdose, also keine 16 Ampere Steckdose, sondern eine 10 Ampere Steckdose.) Dort werden die 220-230 Volt zu 25-30 Volt umgewandelt. Nachher geht es zu den 3 Trafos. Dort wird aus den 25-30 Volt circa 11‘000 gemacht. Danach weiter zu der Funkenstrecke. Ein Kabel geht zum zweiten Schalter und das andere zu der Schraube von der Funkenstrecke. Das Kabel vom Schalter geht dann zu den den Kondensatoren. Die Kondensatoren können je 450 Volt AC. Ich habe davon 25 Stück, also 11250 Volt. Danach geht es zu dem blauen Kabel. Das Blaue Kabel geht um die Spule (separates Bild) und dann zur Funkenstrecke. Die Spule ist im Moment noch nicht darauf. Das blaue Kabel wird dann auch um die Spule gewickelt.

Ich weiss nicht wie ich es besser erklären kann oder zeigen soll. Falls ich nötige Informationen vergessen habe, fragt mich gerne. Die Teslaspule muss kein voller Erfolg sein. Ich bin zufrieden wenn ich den Aufbau richtig habe. Ob die Teile die ich verwendet habe nicht geeignet sind, ist mir egal, solange sie funktioniert.

Liebe Grüsse Robin

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Elektrik, Spannung, Ampere, Elektrizität, Spule

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