Induktionsspule

Induktionsspule, ein elektrisches Gerät zur Erzeugung einer intermittierenden Hochspannungsquelle. Eine Induktionsspule besteht aus einem zentralen zylindrischen Kern aus Weicheisen, auf den zwei isolierte Spulen gewickelt sind: eine innere oder Primärspule mit relativ wenigen Windungen aus Kupferdraht und eine umgebende Sekundärspule mit einer großen Anzahl von Windungen aus dünnerem Kupferdraht. Ein Unterbrecher sorgt dafür, dass der Strom in der Primärspule automatisch ein- und ausgeschaltet wird. Dieser Strom magnetisiert den Eisenkern und erzeugt ein großes Magnetfeld in der gesamten Induktionsspule.

Ruhmkorff-Spule
Ruhmkorff-Spule

Ruhmkorff-Spule.

Hannes Grobe

Das Funktionsprinzip der Induktionsspule wurde 1831 von Michael Faraday beschrieben. Das Faradaysche Induktionsgesetz zeigte, dass bei einer Änderung des Magnetfeldes durch eine Spule eine elektromotorische Kraft induziert wird, deren Wert von der zeitlichen Änderungsrate des Magnetfeldes durch die Spule abhängt. Diese induzierte elektromotorische Kraft ist nach der Lenz’schen Regel immer so gerichtet, dass sie der Änderung des Magnetfeldes entgegenwirkt.

Faraday, Michael
Faraday, Michael

Michael Faraday hält einen Vortrag über Elektrizität und Magnetismus, Royal Institution, London, 23. Januar 1846.

© Photos.com/Thinkstock

Wenn ein Strom in der Primärspule in Gang gesetzt wird, entstehen induzierte elektromotorische Kräfte sowohl in der Primär- als auch in der Sekundärspule. Die entgegengesetzte elektromotorische Kraft in der Primärspule bewirkt, dass der Strom allmählich auf seinen Höchstwert ansteigt. Wenn der Strom anläuft, sind die zeitliche Änderung des Magnetfelds und die induzierte Spannung in der Sekundärspule daher relativ gering. Wird der Primärstrom hingegen unterbrochen, so baut sich das Magnetfeld schnell ab und in der Sekundärspule entsteht eine relativ große Spannung. Diese Spannung, die mehrere zehntausend Volt erreichen kann, hält nur für eine sehr kurze Zeit an, während der sich das Magnetfeld ändert. Eine Induktionsspule erzeugt also eine große Spannung, die für kurze Zeit anhält, und eine kleine Gegenspannung, die viel länger anhält. Die Häufigkeit dieser Änderungen wird durch die Frequenz des Unterbrechers bestimmt.

Nach Faradays Entdeckung wurden viele Verbesserungen an der Induktionsspule vorgenommen. 1853 brachte der französische Physiker Armand-Hippolyte-Louis Fizeau einen Kondensator über dem Unterbrecher an, wodurch der Primärstrom viel schneller unterbrochen wurde. Die Methoden zum Wickeln der Sekundärspule wurden von Heinrich Daniel Ruhmkorff (1851) in Paris, von Alfred Apps in London und von Friedrich Klingelfuss in Basel stark verbessert, dem es gelang, in der Luft Funken von etwa 150 cm Länge zu erzeugen. Es gibt verschiedene Arten von Unterbrechern. Für die kleinen Induktionsspulen wird ein mechanischer Unterbrecher an der Spule befestigt, während die größeren Spulen eine separate Vorrichtung wie einen Quecksilberstrahlunterbrecher oder den von Arthur Wehnelt 1899 erfundenen elektrolytischen Unterbrecher verwenden.

Armand-Hippolyte-Louis Fizeau.
Armand-Hippolyte-Louis Fizeau.

© Photos.com/Jupiterimages

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Induktionsspulen wurden verwendet, um die Hochspannung für elektrische Entladungen in Gasen bei niedrigem Druck bereitzustellen, und waren so maßgeblich an der Entdeckung von Kathoden- und Röntgenstrahlen im frühen 20. Jahrhundert beteiligt. Eine andere Form der Induktionsspule ist die Tesla-Spule, die hohe Spannungen bei hohen Frequenzen erzeugt. Die größeren Induktionsspulen, die bei Röntgenröhren verwendet wurden, wurden durch den Transformator-Gleichrichter als Spannungsquelle verdrängt. Jahrhundert blieben kleinere Induktionsspulen als entscheidende Komponente in den Zündsystemen von Benzinmotoren weit verbreitet.

Nikola Tesla
Nikola Tesla

Werbefoto von Nikola Tesla in seinem Labor in Colorado Springs, Colorado, im Dezember 1899. Tesla posierte mit seinem „Vergrößerungssender“, der in der Lage war, Millionen von Volt an Elektrizität zu erzeugen. Die gezeigte Entladung hat eine Länge von 6,7 Metern (22 Fuß).

Wellcome Library, London

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