Wie weiter oben beschrieben werden magnetische Felder durch sich bewegende Elektronen hervorgerufen. Da in der Physik die meisten Effekte umkehrbar sind, stellt sich die interessante Frage, ob dies hier auch der Fall ist. Die Antwort sei vorweggenommen und lautet schlicht "ja". Aber das haben Sie sicher in Anbetracht der vorhandenen Elektrizitätswerke schon geahnt.

Induktion eines Stromes

Bild : Induktion eines Stromes

Dargestellt sind zwei Stabmagnete, zwischen deren Pole sich ein Magnetfeld befindet, deren Feldlinien parallel zueinander verlaufen (rot dargestellt). Wenn der Abstand zwischen den Magnetpolen sehr gering ist, kann man alle anderen Feldlinien in erster Näherung vernachlässigen, weil sie im Vergleich sehr schwach sind. Aber selbstverständlich sind sie vorhanden.

Bewegt man nun eine Leiterschleife, also ein ganz normales Stück Draht, an die ein Lämpchen angeschlossen ist, von außen in den Spalt zwischen den Magneten, leuchtet das Lämpchen kurz auf. Je schneller man die Leiterschleife in das Magnetfeld bewegt, desto heller leuchtet das Lämpchen. Beim Herausziehen ist dies ebenso der Fall. Mit diesem sehr einfachen Versuchsaufbau hat man nachgewiesen, daß durch Bewegung eines Leiters ins Magnetfeld ein Strom induziert wurde. Auf diese Weise funktioniert prinzipiell der Dynamo Ihres Fahrrads genauso wie die Generatoren der Elektrizitätswerke. Ein Magnet kann übrigens keinen Strom aus dem Nichts erzeugen, wie das Wort Stromerzeugung suggeriert. Vielmehr werden lediglich im Kupferdraht befindliche Elektronen in eine bestimmte Richtung in Bewegung gesetzt, was einem Stromfluß entspricht. Die Stromerzeugung erfolgt auch keineswegs ohne äußere Energiezufuhr, denn die Leiterschleife wird beim Eintauchen in ein Magnetfeld durch dieses abgebremst. Sie müssen also eine Kraft aufwenden, durch die die Elektronen in Bewegung gesetzt werden. Mit Hilfe eines Magneten kann man daher lediglich mechanische Arbeit in Stromfluß umwandeln, aber keine Energie erzeugen. In der Praxis können sie das leicht nachprüfen: Wenn Sie an Ihrem Fahrrad den Dynamo zwar antreiben, aber das Kabel der Lampe abziehen, müssen Sie in der Ebene nicht besonders stark in die Pedale treten, um eine bestimmte Geschwindigkeit aufrechtzuhalten. Mit angeklemmtem Anschluß tritt es sich deutlich schwerer, da hierbei ein Teil Ihrer Muskelkraft in Stromfluß umgewandelt wird. Für die paar Watt an Strom, die man für eine typische Fahrradbeleuchtung aufwenden muß, muß man dabei recht stark in die Pedale treten. Geschenkt wird einem der Strom also keineswegs. Daß man bei angetriebenem Dynamo auch ohne Stromentnahme etwas stärker in die Pedale treten muß als ohne, ist übrigens der unvermeidlichen Reibung geschuldet.

Zusammenfassend läßt sich sagen: Eine Änderung des Magnetfelds induziert in einem Leiter einen Strom, d.h. die im Leiter vorhandenen Elektronen werden in eine Richtung abgelenkt. Ob sich dabei der Leiter ins ortsunveränderliche Magnetfeld bewegt oder das Magnetfeld sich zum ortsunveränderlichen Leiter bewegt, ist egal. Es kommt nur auf die Relativbewegung an.

Das sich ändernde Magnetfeld haben wir im obigen Experiment dadurch "simuliert", daß wir einen Leiter ins Magnetfeld hineinbewegt und wieder herausgezogen haben. Die letzte Frage lautet nun: Trifft dies auch zu, wenn sich überhaupt nichts bewegt, sondern sich nur die Stärke des Magnetfelds ändert? Auch diese Antwort lautet "ja". Bei einem Permanentmagneten kann man die Feldstärke aber nicht ändern, ohne diesen wegzubewegen. Aus diesem Grund muß man auf einen Elektromagneten, d.h. eine stromdurchflossene Leiterschleife zurückgreifen. Zum Beweis bringt man wie in Bild 8 dargestellt zwei Leiterschleifen dicht zusammen und ändert in einer den Strom, z.B. durch Ein- und Ausschalten. Zur genaueren Beobachtung verwenden wir diesmal aber ein Strommeßgerät anstelle eines Lämpchens.
Induktion bei zwei ortsfesten Leiteschleifen

Die blau gezeichnete Schleife nennt man Primärseite, die schwarz gezeichnete Sekundärseite. Im Ruhezustand d.h. im stromlosen Zustand steht der Zeiger des Strommeßgeräts (auf der rechten Seite des Bildes) in Mittelstellung, d.h. zeigt keinen Strom an. Schaltet man nun auf der Primärseite den Strom mit dem Schalter ein, wird man beobachten, daß der Zeiger des Strommeßgeräts auf der Sekundärseite kurz in eine Richtung zuckt und dann wieder in Mittelstellung zurückgeht. Dies bedeutet, daß auf der Sekundärseite kurzzeitig ein Strom erzeugt (man sagt induziert) wurde. Beim Abschalten zuckt der Zeiger kurz in die andere Richtung. Auch in diesem Moment wird ein Strom induziert, der allerdings in die andere Richtung fließt. Die Stromumkehr ist auch beim Versuch weiter oben (Bewegen der Leiterschleife aus dem Magnetfeld heraus) gegeben, nur konnte man dies dort nicht sehen, weil das Lämpchen keine Polung besitzt und unabhängig von der Stromrichtung leuchtet.

Fazit: Bei einer Änderung des Magnetfelds wird in einer Leiterschleife ein Strom induziert. Bei einem konstanten Magnetfeld wird hingegen kein Strom induziert.

Die Gewinnung elektrischen Stroms kann also dadurch erfolgen, daß man periodisch eine Leiterschleife in ein Magnetfeld hinein und wieder heraus bewegt. Dadurch entsteht ein Strom, der z.B. beim Hineinbewegen positiv ist und beim Herausbewegen negativ, d.h. daß die Stromrichtung sich dauernd ändert. Man nennt dies Wechselstrom. Nichts anderes macht im Prinzip ein Generator im Elektrizitätswerk.