31.4: Induktoren

Ein Induktor, auch bekannt als Drosselspule, ist ein Schaltungselement, das eine bestimmte Induktivität aufweist. Induktoren gehören neben Widerständen und Kondensatoren zu den wichtigen Schaltungselementen in der modernen Elektronik. Sie dienen dem Schutz vor Änderungen im Stromkreis. Ein Induktor neigt dazu, schnelle Änderungen im Wechselstromkreis zu unterdrücken. In einem Gleichstromkreis hilft ein Induktor dabei, einen konstanten Strom trotz Änderungen in der angelegten elektromotorischen Kraft aufrechtzuerhalten.

Obwohl das elektrische Feld, das mit dem magnetischen Induktionsphänomen verbunden ist, nicht konservativ ist, besteht eine reale Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen des Induktors, die durch konservative elektrostatische Kräfte verursacht wird.

Eine häufige Anwendung der Induktivität besteht darin, dass Verkehrssignale erkennen können, wenn Fahrzeuge an einer Straßenkreuzung warten. Ein elektrischer Schaltkreis mit einer Induktivität wird auf der Straße unter der Stelle platziert, an der ein wartendes Auto anhalten wird. Eine elektrische Schaltung mit einem Induktor wird im Straßenbelag unter der Stelle platziert, an der ein wartendes Auto anhalten wird. Das Auto erhöht die Induktivität und die Schaltung ändert sich, wodurch ein Signal an die Ampeln gesendet wird, um die Farben zu ändern. Ähnlich funktionieren auch Metalldetektoren, die für die Sicherheit an Flughäfen verwendet werden. Eine Spule oder ein Induktor im Rahmen des Metalldetektors fungiert als Sender und Empfänger. Das gepulste Signal von der Sender-Spule induziert ein Signal im Empfänger. Jeder Metallgegenstand auf dem Weg beeinflusst die Selbstinduktivität der Schaltung. Metalldetektoren können auf Empfindlichkeit eingestellt werden und können auch das Vorhandensein von Metall an einer Person erkennen.

Induktoren sind auch entscheidend für Leuchtstofflampen. In solchen Lampen wird das Gas in der Röhre ionisiert und leuchtet aufgrund des Stroms, der von der Verkabelung in das Gas fließt. Je höher der Stromfluss, desto stärker ist das Plasma ionisiert und desto niedriger ist der Widerstand. Wenn dem Plasma ausreichend hohe Spannung gegeben wird, kann die Schaltung außerhalb der Leuchtstoffröhre beschädigt werden. Um dies zu verhindern, wird ein Induktor oder magnetischer Vorschaltgerät in Serie mit der Leuchtstoffröhre geschaltet, um den Stromfluss nicht über die Grenzen hinaus ansteigen zu lassen.

Eine Induktivität ist ein Schaltungselement mit zwei Anschlüssen, das aus Drahtspulen besteht. Aufgrund des in der Schaltung fließenden Stroms fließt der magnetische Fluss durch die Induktivität.

Wenn sich der Strom ändert, der durch die Induktivität fließt, wird nach dem Faradayschen Gesetz eine Gegen-EMK erzeugt. Bei diesem Feld handelt es sich um das magnetisch induzierte nicht-konservative elektrische Feld.

Da das nicht-konservative Feld nur innerhalb der Induktivität ungleich Null ist, kann sein Integral um die gesamte Schleife durch sein Integral von einem Anschluss zum anderen ersetzt werden.

Daher werden freie Elektronen an einem der Anschlüsse der Induktivität akkumuliert, um ein konservatives elektrisches Feld ungleich Null zu erzeugen.

Das gesamte elektrische Feld ist die Summe dieser beiden elektrischen Felder. Wenn die Induktivität einen vernachlässigbaren Widerstand hat, erfährt eine Testladung keine Kraft im Inneren. Daher muss das gesamte elektrische Feld innerhalb der Spulen Null sein. Somit kann das nicht-konservative elektrische Feld in diesem Integral durch das negative des konservativen elektrischen Feldes ersetzt werden.

Dieses Integral ist die Potentialdifferenz zwischen den Anschlüssen der Induktivität, die durch diese Formel gegeben ist.