Aufgabe 1 · Abitur NRW Physik LK · Induktives Laden von Elektrofahrzeu 2026

a) Erläutern Sie ausgehend vom allgemeinen Induktionsgesetz ausführlich und unter Bezug auf physikalische Gleichungen die Erzeugung der Induktionsspannung, mit der der Akkumulator geladen wird.

Lösung: Der im allgemeinen Induktionsgesetz $U_{\mathrm{ind}}(t) = -N \cdot \dot{\Phi}(t)$ vorkommende magnetische Fluss $\Phi$ ist ein Produkt aus der Flussdichte $B$ des magnetischen Feldes und der Fläche $A$, die vom magnetischen Feld senkrecht durchsetzt wird. Die Ableitung des magnetischen Flusses nach der Zeit ergibt den Term $\dot{\Phi} = \dot{B} \cdot A + \dot{A} \cdot B$ (1). Beim stationären Laden ändert sich die Fläche der Sekundärspule, die vom magnetischen Feld durchsetzt wird, nicht. Daher ist die Ableitung der Fläche nach der Zeit und damit der zweite Summand in der Gleichung (1) gleich null. Durch die veränderliche Flussdichte ist der Faktor $\dot{B}$ und damit der erste Summand ungleich null. Dieser trägt zur Induktionsspannung bei.

b) Erklären Sie, dass die Sekundärspule des Fahrzeugs möglichst genau über der Primärspule in der Bodenplatte und möglichst dicht über der Bodenplatte positioniert sein muss, damit der Ladevorgang möglichst effizient ist.

Lösung: Parkt das Fahrzeug mit der Sekundärspule nicht genau über der Primärspule, wird nicht die gesamte Fläche vom magnetischen Feld durchsetzt. Die magnetische Flussdichte der Primärspule nimmt mit zunehmender Entfernung von der Primärspule ab. Daher werden der magnetische Fluss, seine Änderung und damit die Induktionsspannung kleiner, wenn sich die Sekundärspule nicht genau über oder weiter entfernt von der Bodenplatte befindet, wodurch der Ladevorgang weniger effizient ist.