Spule (Induktivität)

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Wie dieser Rechner funktioniert

Eine Spule speichert elektrische Energie als Magnetfeld, das durch Strom erzeugt wird, der durch eine Drahtwicklung fließt. Geben Sie ihre Induktivität und den durchfließenden Strom ein, und dieser Rechner findet die gespeicherte Energie.

Eine Spule ist in gewissem Sinne das Spiegelbild eines Kondensators: Ein Kondensator speichert Energie in einem elektrischen Feld, und seine Energie hängt vom Quadrat der Spannung ab, während eine Spule Energie in einem Magnetfeld speichert, und ihre Energie vom Quadrat der Stromstärke abhängt.

Die Formel

E = 0.5 \times L \times I^2

Die Induktivität wird in Millihenry (mH) eingegeben, der praktischen Einheit, in der die meisten realen Spulen tatsächlich beschriftet sind, da ein ganzes Henry für ein typisches Bauteil eine sehr große Induktivität darstellt.

Durchgerechnetes Beispiel

Eine 100-mH-Spule mit 2 A Stromfluss:

Induktivität in Henry: 100 ÷ 1.000 = 0,1 H.
Energie: 0,5 × 0,1 × 2² = 0,2 J, bzw. 200 mJ.

Den Strom stattdessen auf 4A zu verdoppeln würde die gespeicherte Energie auf 800 mJ vervierfachen — dieselbe quadratische Beziehung, die ein Kondensator mit der Spannung hat.

Wichtige Einflussfaktoren

Eine Spule widersteht einer plötzlichen Stromänderung, was die Quelle einer echten praktischen Gefahr ist. Wenn der Strom durch eine Spule abrupt unterbrochen wird, kann das zusammenbrechende Magnetfeld eine kurze, aber sehr hohe Spannungsspitze erzeugen — deshalb benötigen induktive Lasten (wie Motoren und Relais) üblicherweise eine Freilaufdiode oder einen ähnlichen Schutz in einer Schaltung.
Reale Spulen haben einen gewissen internen Widerstand, den diese ideale Formel ignoriert. Eine echte Drahtspule hat einen Widerstand, der während des Betriebs etwas Energie als Wärme abgibt — die Formel dieses Rechners beschreibt die in der idealen, verlustfreien Spule gespeicherte Energie, nicht die insgesamt von einer realen induktiven Schaltung im Laufe der Zeit verbrauchte Energie.
Die Induktivität hängt vom physischen Aufbau einer Spule ab, nicht etwas, das Sie direkt einstellen wie den Widerstand eines Widerstands. Die Windungszahl, das Kernmaterial und die Spulengeometrie bestimmen alle den tatsächlichen Induktivitätswert einer Spule — dieser Rechner nimmt die Induktivität als bekannte, gegebene Größe, statt sie aus dem physischen Design einer Spule zu berechnen.
Spulen und Kondensatoren bilden zusammen die Grundlage von Schwingkreisen, die in der gesamten Elektronik verwendet werden. Ein LC-Kreis (Spule plus Kondensator) hat eine natürliche Resonanzfrequenz, die durch die Werte beider Bauteile bestimmt wird — dieselbe Energiespeicherbeziehung, die jedes Bauteil einzeln hat (Spannung zum Quadrat bei Kondensatoren, Strom zum Quadrat bei Spulen), liegt zugrunde, wie Energie in einem solchen Kreis zwischen ihnen oszilliert.

Häufige Fehler

Induktivität in Henry statt Millihenry eingeben. Die meisten realen Spulen sind in mH oder µH beschriftet — die Eingabe eines Henry-Werts, wo mH erwartet wird, überschätzt die gespeicherte Energie um den Faktor eine Million.
Die gespeicherte Energie einer Spule mit der insgesamt von einer realen Schaltung abgeführten Energie verwechseln. Diese Formel beschreibt den idealen, verlustfreien Fall — der eigene Widerstand einer realen Spule setzt zusätzliche Energie als Wärme frei, die diese Berechnung nicht erfasst.
Das Spannungsspitzenrisiko ignorieren, wenn der Strom durch eine Spule unterbrochen wird. Ein plötzliches Unterbrechen des Stroms zu einer induktiven Last kann eine kurze, aber sehr hohe Spannungsspitze erzeugen, weshalb Motoren und Relais üblicherweise einen Freilaufdioden-Schutz benötigen.
Induktivität als etwas behandeln, das man frei wählen kann, wie den Widerstand eines Widerstands. Induktivität ergibt sich aus dem physischen Aufbau einer Spule — ihren Windungen, dem Kernmaterial und der Geometrie — nicht aus einem einzelnen einstellbaren Wert.

Wissenswertes

Möchten Sie die spiegelbildliche Berechnung für die andere grundlegende Energiespeicherkomponente? Der Rechner Rechner für Kondensatoren ermittelt die gespeicherte Energie aus der Spannung statt aus dem Strom.
Müssen Sie Spannung, Strom und Widerstand im Rest einer Schaltung in Beziehung setzen? Der Rechner Ohmsches-Gesetz-Rechner löst nach der fehlenden Größe auf.
Neugierig auf die Leistung, die eine Schaltung aufnimmt, sobald Strom fließt? Der Rechner Rechner für Elektrische Leistung berechnet dies direkt.

Quelle: Spule, ein elektrisches Bauteil, das Energie in einem Magnetfeld speichert.

Häufig Gestellte Fragen

Was speichert eine Spule eigentlich?

Eine Spule speichert elektrische Energie als Magnetfeld, das durch Strom erzeugt wird, der durch eine Drahtwicklung fließt -- je höher ihre Induktivität und je höher der Strom durch sie, desto mehr Energie speichert sie.

Wie unterscheidet sich das von einem Kondensator?

Der Rechner für Kondensatoren speichert Energie in einem elektrischen Feld, und seine Energie hängt vom Quadrat der Spannung ab. Eine Spule speichert stattdessen Energie in einem Magnetfeld, und ihre Energie hängt vom Quadrat der Stromstärke ab -- die beiden Bauteile sind in gewissem Sinne Spiegelbilder voneinander.

Warum wird die Induktivität in Millihenry (mH) eingegeben?

Die meisten realen Spulen sind in Millihenry oder Mikrohenry statt in Henry angegeben, da ein ganzes Henry für ein typisches Bauteil eine sehr große Induktivität darstellt. Millihenry ist die gängigste praktische Einheit für die allgemeinen Spulen, auf die dieser Rechner abzielt.

Wie kombinieren sich Spulen in Reihe und parallel?

Die Induktivität in Reihenschaltung addiert sich direkt (L_ges = L1 + L2 + ...), und parallel kombiniert sie sich über die Kehrwertsummen-Formel (1/L_ges = 1/L1 + 1/L2 + ...) -- dieselben Regeln wie bei Widerständen, und das Gegenteil davon, wie sich Kondensatoren kombinieren. Dieser Rechner berechnet die gespeicherte Energie einer einzelnen Spule, kein Netzwerk mehrerer Spulen.