Elektrizität und Magnetismus - Physik-Institut - Universität Zürich

S ✘
S ′
V m
R Ω
R L
≀ ≀≀ L
✻
V L
❄
Wir betrachten wieder die Ein- und Ausschaltvorgänge:
a)Einschalten: Zur Zeit t = 0 sei I(t = 0) = 0 und der Schalter
werde geschlossen (Position S). Dann ist
I(t = 0) = I ◦ + V m
R = 0 =⇒
I ◦ = − V m
R .
I
V m
Somit ist I(t) = V m
R τ L
R (1 − e−(R/L)t ) .
t
Die Zeitkonstante dieses Vorganges ist τ L = L/R .
Der Spannungsabfall an der Spule ist dann
V m
V m
R L
R
V L
τ L
t
V L = V m − I R Ω = V m (1 − R Ω
R + R Ω
R e−t/τ L
) .
Aus R = R Ω + R L folgt
Also wird
1 − R Ω
R = R L
R , R Ω
R = 1 − R L
R .
V L = V m ( R L
R + (1 − R L
R )e−t/τ L
) .
Ausschalten: Der Schalter werde bei t = 0 nach S ′ geschlossen. Nun ist I(t = 0) = V m /R
(d.h. der vorher fliessende stationäre Strom) und V m = 0 für t > 0. Also ist
I(t) = V m
R e−t/τ L
und V L (t) = −R Ω I = −V m
R Ω
R e−t/τ L
.
V m
R
I
+V m
R L
R
V L
V m
t
V m
L
t=0
t
-V m
R Ω
R t=0
10⋅L
Ist L und damit
τ L gross (Spule
R
mit Eisenkern), dann fällt beim Ausschalten die hohe Spannung −V Ω m R
nur langsam ab
und die in der Spule gespeicherte magnetische Feldenergie entlädt sich teilweise mit einem
Abreissfunken oder eine Lampe über dem Schalter leuchtet auf.
5.3.2 Die konventionelle Spulenzündung beim Auto †
Bei der konventionellen Zündung des Ottomotors wird der starke Abreissfunke beim Öffnen
des Unterbrecherkontaktes des Stromkreises Batterie und Zündspule zur Zündung der
Zündkerze ausgenutzt.
Durch den Strom I 1 der Batterie mit V B = 12 V wird in der Primärwicklung der
Zündspule Zs eine Energie W = 1 2 L 1I 2 1 (L 1 ≈ mH, R 1 ≈ Ω) gespeichert.
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