Was ist eine elektromagnetische Kupplung?

Elektromagnetische Kopplung ist ein Phänomen, das bei elektrischen Leitungen und Schaltkreisen häufig auftritt, bei denen ein elektromagnetisches Feld in einem zu einer elektrischen Ladung in einem anderen führt. Es wird häufig als induktive Kopplung bezeichnet, da der Prozess aufgrund einer elektrischen Induktivität stattfindet, bei der eine Übertragung der elektromagnetischen Eigenschaften von einem Ort zu einem anderen erfolgt, ohne dass ein physischer Kontakt stattfindet. Damit eine elektromagnetische Kopplung stattfinden kann, muss sich das elektromagnetische Feld, das sie erzeugt, ändern. Aus diesem Grund erzeugen Gleichstromgeräte (DC-Geräte) diesen Effekt nicht, er ist jedoch in Wechselstromkreisen (AC-Schaltkreisen) üblich. Das Prinzip der elektromagnetischen Kopplung wurde 1831 von Michael Faraday und Joseph Henry entdeckt und ist als Faradaysches Gesetz bekannt.

Wenn ein Wechselstrom in einem Stromkreis oder einer Leitung eine Spannung in einer anderen Leitung induziert, liegt dies normalerweise daran, dass sich beide in unmittelbarer Nähe zueinander befinden, z. B. in den elektrischen Wicklungen der Transformatoren. Dies ist jedoch nicht immer der Fall, und auch bei Funk- und Telefonübertragungen kann eine ungewollte Kopplung auftreten, die als Übersprechen bezeichnet wird. Vorsätzliche elektromagnetische Kopplung ist das Prinzip, auf dem Transformatoren basieren, bei denen der Strom in einer Sekundärdrahtwicklung auf der Grundlage des Strompegels in einer Primärwicklung des Geräts in der Spannung erhöht oder verringert werden kann.

Da elektromagnetische Strahlung in der Natur eine Doppelbedingung ist, bei der elektromagnetische Wellen sowohl aus elektrischen als auch aus magnetischen Eigenschaften bestehen, gibt es auch zwei Arten von Kopplungen. Eine elektrische Kopplung ergibt sich, wenn sich eine positive oder negative Ladungsdichte in einem Draht oder Schaltkreis ändert, und dies stößt sich wie Ladungen in einem anderen Schaltkreisdraht ab. Durch das Abstoßen von Ladungen in der Nähe des Kabels bewegen sich diese innerhalb des Kabels. Dies ist die Definition des elektrischen Stroms. Diese Form des Stromflusses wird häufig als Ladungskopplung oder Kapazitätskopplung bezeichnet.

Magnetische Kopplung ist die Kehrseite dieses Effekts. Wenn ein Strom in einem Draht fließt, erzeugt er ein Magnetfeld. Mit Wechselstrom schwankt dieses Magnetfeld und verursacht ein sich änderndes Magnetfeld in gekoppelten Schaltkreisen oder Drähten. Magnetfelder sind bei der elektromagnetischen Kopplung direkt senkrecht zu elektrischen Feldern, sodass die Änderung eines Magnetfelds in einem Stromkreis den Stromfluss in einem anderen verändern kann.

Auf dem Prinzip der elektromagnetischen Kopplung bauen alle modernen Elektromotoren, Relais und Transformatoren auf. Elektrische Generatoren nutzen es ebenso wie eine Vielzahl von kommunikationsbezogenen Geräten, von CB-Funkgeräten bis hin zu Fernsehgeräten und drahtlosen Türschlössern für Gebäude und Automobile. Es kann sich auch nachteilig auf die Funktionsweise einer Schaltung auswirken und Störungen in der Telekommunikation verursachen. In diesem Fall wird es oft als elektromagnetische Interferenz (EMI) bezeichnet. Nicht alle elektromagnetischen Störungen sind jedoch unbeabsichtigt, da sie auch als Trägerwelle zur Verbesserung der Signalstärke verwendet werden können.