Was ist induktive Kopplung?
Unter induktiver Kopplung versteht man das Phänomen, dass auftritt, wenn ein durch elektrischen Strom erzeugtes Magnetfeld eine Wirkung auf etwas anderes ausübt. Wenn dies geschieht, werden die beiden durch die induktiven Effekte des Magnetfelds gegenseitig reaktiv oder gekoppelt. Wenn beispielsweise ein elektrischer Strom durch einen Draht fließt, kann das erzeugte elektromagnetische Feld einen elektrischen Strom in einem anderen Draht induzieren, wodurch die beiden induktiv gekoppelt werden. Die Prinzipien und Wirkungen der induktiven Kopplung finden Anwendung in Geräten wie Transformatoren und Elektromotoren.
Die Auswirkungen der induktiven Kopplung können auf eine von drei Hauptarten genutzt werden. Erstens kann das induzierende Feld einen spezifisch gewünschten elektrischen Strom erzeugen, beispielsweise in Transformatoren. Zweitens kann das induzierende Feld einen spezifisch gewünschten mechanischen Effekt erzeugen, wie bei Elektromotoren. Schließlich kann das induzierende Feld eine Resonanz erzeugen, die selbst spezifisch gewünschte elektrische Ströme erzeugen kann, beispielsweise bei Funksende- und -empfangs- und berührungslosen Ladegeräten.
In Transformatoren fließt ein elektrischer Strom durch einen Draht, der um einen Kern eines Typs gewickelt ist, der als Primärwicklung bezeichnet wird. Dieser Draht wird absichtlich in der Nähe eines anderen Drahtes platziert, der um denselben Kern gewickelt ist und als Sekundärwicklung bezeichnet wird. Das elektromagnetische Feld, das durch das Leiten von Strom durch die Primärwicklung erzeugt wird, induziert dann einen elektrischen Strom in der Sekundärwicklung.
Wenn die beiden Wicklungen die gleiche Anzahl von Windungen um den Kern haben, kann die Primärwicklung eine exakte Kopie ihres elektrischen Stroms an die Sekundärwicklung weiterleiten. Diese Arten von Transformatoren werden normalerweise als Trenntransformatoren bezeichnet. Durch Induktion können zwei Stromkreise elektrisch verbunden oder gekoppelt werden, ohne tatsächlich in direkten physischen Kontakt zu kommen, wodurch die beiden Stromkreise physisch voneinander isoliert werden.
Wenn die Primär- und Sekundärwicklung nicht die gleiche Anzahl von Windungen um den Kern haben, bewirkt die induktive Kopplung einen unterschiedlichen Effekt. Das von der Primärwicklung erzeugte elektromagnetische Feld induziert einen Strom, dessen Wert proportional zur Differenz zwischen den beiden Wicklungen ist. Wenn zum Beispiel die Primärwicklung 10 Windungen um den Kern aufweist und die Sekundärwicklung 20 Windungen um den Kern aufweist, ist der in der Sekundärwicklung induzierte Strom doppelt so groß wie der durch die Primärwicklung fließende Strom.
Ein Elektromotor nutzt einen anderen Aspekt des elektromagnetischen Feldes. Bei einem einfachen Motor ist ein Draht um einen Rotor gewickelt, der die Drehwelle des Motors bildet. Wenn ein elektrischer Strom durch den Draht fließt, erzeugt er ein elektromagnetisches Feld. Dieses Feld induziert dann eine mechanische Kraft, indem es abhängig von der Polarität der Magnetfelder von den um den Rotor montierten Magneten weggedrückt und zu diesen gezogen wird.
Resonanzgeräte arbeiten jedoch ähnlich wie Transformatoren, ohne die paarweisen Wicklungen. In diesen Geräten wird ein stehendes elektromagnetisches Feld erzeugt. Wenn dieses Feld auf eine Antenne trifft, bewirkt der Effekt der induktiven Kopplung, dass die Antenne in Resonanz gerät, was wiederum einen elektrischen Strom an ihrem Speisepunkt induziert. Im Falle eines Radios wird der induzierte Strom verstärkt und über das Radio gehört. In einem Ladegerät wird der induzierte Strom direkt an die Anschlüsse einer Batterie angelegt, um diese wieder aufzuladen.