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Lexikon Physik

Spule

Eine Spule ist ein elektrisches Bauelement, bei dem ein langer dünner Leiter spiralförmig um einen meist zylindrischen Körper gewickelt wird. Spulen werden in vielen Bereichen eingesetzt, u. a. sind sie die Grundbausteine von Elektromagneten und Elektromotoren.

Jeder fließende elektrische Strom induziert um den Leiter ein Magnetfeld. Bei einer kreisförmigen Leiterschlaufe verläuft das senkrecht durch die Kreismitte, daher ergibt sich bei den vielen hintereinanderliegenden Schlaufen einer Spule in deren Innerem ein annähernd homogenes Magnetfeld in Längsrichtung der Spule.

Die magnetische Flussdichte im Inneren einer Spule ist

\(B= \mu \cdot \dfrac{N\cdot I}{l}\)

(\(\mu\): Permeabilität, N: Anzahl der Windungen, I: Stromstärke, l: Länge der Spule). Man kann das Spulenmagnetfeld erheblich steigern, wenn man in das Spuleninnere einen Weicheisenkern oder ein anderes Material  mit hoher Permeabilitätszahl einbringt (ähnlich wie das Dielektrikum beim Kondensator). Im Transformator dient der gemeinsame Eisenkern zur Führung des magnetischen Flusses zwischen Primär- und Sekundärspule.

Wenn sich der Spulenstrom und damit des magnetische Fluss durch die Spule ändert, wird in ihr eine Gegenspannung induziert. Die Induktivität (Selbstinduktion) L der Spule ist der Proportionalitätsfaktor zwischen Stromänderung und induzierter Gegenspannung.

Die in einer Spule gespeicherte magnetische Energie beträgt

\(E_\text{mag} = \dfrac 1 2 \cdot L\cdot I^2\)

Ähnlich wie beim Kondensator beobachtet man auch bei der Spule Ein- und Ausschaltvorgänge, z. B. fällt die Stromstärke beim Ausschalten exponentiell ab. In einem Stromkreis mit Kondensator und Spule (LC-Kreis) treten elektromagnetische Schwingungen auf.

Achtung:  Vor allem in der Elektrotechnik werden Spulen oft „Induktivitäten“ genannt. Man muss dann immer prüfen, ob das Bauteil oder die physikalische Größe gemeint ist!

 

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