Erzeugung von Induktionsspannung
Zu den wichtigsten Arten zur Spannungserzeugung gehört die Induktionsspannung. Es bildet die Grundlage für Generatoren, mit denen in vielen Kraftwerken die Ladungstrennung durchgeführt wird, um elektrische Spannung zu erzeugen und die Menschen mit elektrischer Energie zu versorgen. Das Grundprinzip dabei ist, dass Bewegungsenergie mit Hilfe des Magnetfelds in elektrische Energie umgewandelt wird.
Magnete haben einen Nord- und Südpol. Jedes Magnet erzeugt ein magnetisches Feld, dessen Richtung innerhalb des Magnets von Süd nach Nord und außerhalb des Magnets von Nord nach Süd geht. Innerhalb der Schenkeln eines Hufeisenmagneten, dessen Nordschenkel oben und Südschenkel unten ist, wirken die Magnetkräfte von oben nach unten. Bewegt man innerhalb der Schenkeln ein elektrisch leitendes Material, z.B. ein Metallstab, wirkt auf diesen während der Bewegung die Lorentzkraft, wodurch eine Ladungstrennung und somit elektrische Spannung erzeugt wird. Diesen Vorgang nennt man elektromagnetische Induktion, die erzeugte Spannung wird daher Induktionsspannung genannt.
Bewegt man den Metallstab nach rechts, wandern im Innern die freien Elektronen zum Betrachter hin. Bewegt man den Metallstab nach links, wandern die Elektronen vom Betrachter weg. Dementsprechend unterschiedlich ist das Plus- und Minuspol am Stab, woran man theoretisch einen Verbraucher wie z.B. eine Glühlampe anschließen könnte. Die Spannung ist am größten, wenn man den Metallstab senkrecht zu den magnetischen Feldlinien bewegt.
Die Induktion wirkt nur innerhalb des Magnetfelds. Hat man z.B. ein scharf begrenztes Magnetfeld und ist das Metallstab länger als das Magnetfeld, so dass die Stabenden über das Magnetfeld hinausragen, liegt die Spannung genau genommen nicht zwischen den Stabenden sondern zwischen den Stellen des Stabs, wo das Magnetfeld grenzt.
Hört man mit der Bewegung auf, verschwindet auch die Lorentzkraft und somit die Induktionsspannung. Auch wenn das Metallstab parallel zu den Feldlinien des Magnetfelds bewegt wird, beim Beispiel mit dem Hufeisenmagneten von oben nach unten oder umgekehrt, tritt keine Lorentzkraft auf.
